时间：2022-05-06 02:23:10
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇实验室设计方案，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
改革的方法
1.设计题目及内容的改革
对于“电子技术课程设计”题目的选择尤为重要。首先，设计的题目要够多，这样学生的可选择性才够大；其次，设计内容要新颖有趣，有一定的使用价值，每个题目都可以巩固学习电子技术课程重要的知识点，比如：电压超限报警电路的设计可巩固学习比较器和555电路以及各种逻辑门的使用；编码电子锁的设计可巩固学习触发器和门电路；多路数据巡回检测电路会用到包括寄存器、计数器、数据选择器和数据分配器等多个中等规模集成电路的内容；广告灯控制电路包括了可逆计数、逐位显示和蜂鸣报警电路等单元部分，会用到显示译码器、计数器和555电路等电子知识。指导教师在告诉学生设计题目的同时还要把实验室的现有资源给学生讲清楚，学生可在这些限定的条件下进行设计，比如：实验室可提供的触发器只有D触发器，逻辑门只有与非门。这样，学生在设计过程中用到其他的触发器和逻辑门时可以相应地改成实验室已有的器件。这就要求他们要熟练地掌握课本上的理论知识，能够随机应变。当然如果实验室确实无法提供器件，也要鼓励学生自己去购买，这使得他们熟悉了更多新型电子器件的规格和功能，提高他们亲历亲为的能力和学习兴趣。
2.预设计方案的确立
进行预设计时要鼓励学生用模块化的分析和设计方法进行设计。学生通过查阅资料，根据设计要求自行确定实施方案，给学生提供更大的自，使学生能够相对独立地进行实践，充分扬其所长。由于学生受到知识面的限制和其他主、客观原因的影响，初步的设计方案难免存在遗漏和错误，教师要对学生的设计进行把关，保证他们的设计能实现基本功能。同时，也可通过集体答疑的方式组织学生公开讲解设计方案，让学生互找问题、讨论解决方法，从而达到优化设计方案的目的。这些方法增强了教学的互动性，同时也为学生提供了充分发挥个人能力的空间，调动了学生们学习和创作的积极性。初步的设计方案确定以后就要进行仿真实验。Multisim是非常适合模拟/数字电路仿真的软件，它提供了大量的仿真元件模型，且仪器仪表种类之多是很多电子实验室无法比拟的。通过Multisim进行功能仿真可以发现一些设计中存在的问题，进一步优化设计方案，同时增强了学生学习的兴趣，加深了学生对理论知识的理解，提高了学生的实践能力，也使学生掌握了电子仿真软件的使用方法，为后续课程学习打下良好基础。最后，学生把初步的设计方案上升到理论的高度，写出一份详细的预设计报告，包括设计题目、设计任务、总体方案的设计、单元电路的设计、元器件的选择与参数计算，画出总体电路图，列出所用元器件的详细列表和参考文献。这样，做到设计思路清晰明了，为后面的安装调试做好充分的准备。
3.安装调试
按照自己的设计方案进行安装调试，是学生非常期待也是最能得到满足感的一个环节。按照预设计报告中元器件列表领取器件，然后分模块进行安装。在这个环节指导教师要引导学生注意整体布局的美观、规范，比如：电源线和地线要分开，各成一列，并分别用不同颜色的导线进行区分。在确定安装无误的情况下进行通电调试。在调试阶段，有些学生只要发现实验结果不对就手忙脚乱无从下手，指导教师要引导学生从信号输入的一端开始逐个模块进行调试，排除故障的方法要从大范围到小范围，最终找到故障的确切地点。在调试过程中要启发学生自己查找、分析原因，找到解决的方法。通过调试使学生加深对电路工作原理的理解，学会调试电路查找故障的方法。调试完毕后，不要马上拆线交给老师完事，指导老师要鼓励学生用调试好的电路做实验，例如：可以对单元电路的输出进行实际的测算，并跟理论分析结果进行比较，进一步理解电路的特性。这样做可以通过课程设计为学生提供锻炼的平台，提高学生的实践能力和学习积极性。
4.撰写总结报告
总结报告是学生对课程设计全过程的系统总结，不能等同于平时的实验报告，因此，学生应按规定的格式进行书写。总结报告的图纸要规范，所有图纸都按工程设计标准严格要求。这样可提高学生的方案表达能力、工程制图能力和科技写作能力等基本综合素质，为毕业论文的书写打下基础。
5.建立完善的成绩评定体系是保证课程设计教学质量的关键
在注重结论正确的同时，应该强调整个设计方案实施的全过程。成绩评定包含五个部分：一是预设计方案的正确性与合理性及仿真的结果，占总成绩的25%；二是实验动手能力（包括安装工艺水平、仪器使用、调试过程中分析和解决问题的能力以及创新精神等），占总成绩的30%；三是学生的答辩情况，占总成绩的10%；四是设计过程中的学习态度、工作作风和科学精神，占总成绩的10%；五是总结报告（包括方案的论证、调试过程中出现的问题及解决方法、数据处理、结果分析、收获和体会等）占总成绩的25%。这样一种相对完善的成绩评定体系使学生在课程设计的任何一个环节都能认真对待，提高了学生学习的积极性和主动性。
改革的效果
1.培养了学生对设计性实验的兴趣，增强了学生动手实验的信心由于设计题目与实际紧密联系，充分调动了学生的学习热情和自觉性，学生在独立完成电路后兴奋不已，很多同学对自己设计并调试成功的电路爱不释手。
2.提高了学生多方面的能力在动手实践设计过程中，学生们从通过查找资料给出预设计方案到互相配合着进行安装调试，最终得出实验结果，每一环节都发挥了他们的主动性和创造性，提高了分析和解决各种问题的能力以及相互合作的能力。
结束语
1教学目标
1．1提高设计能力
课程设计可以采用集中培训的方式、开放式实验的方式、或电子设计竞赛的方式进行［1］。集中培训指将所有学生集中起来，老师集体辅导，学生自己动手做的方式进行。开放式实验是把学有余力的学生集中起来，每周上一到二次课，学生利用课余时间进行。电子设计竞赛是把少数相对较好的学生集中培训，可参加全国或陕西省举办的各种竞赛，倘若获奖，将对学生是一个极大的鼓励。
1．2提升综合设计能力
通过选题、方案论证、系统设计、系统实现、装配调试、系统测试和总结报告几个步骤，提升学生的综合设计能力及系统架构能力［2］。
1．3培养自主创新能力
可以让学生自主命题，自选方案，将创新性作为考核目标，提高学生自主创新能力［3］。
2实现方法
2．1进行理论教学改革
以前我们的理论教学方式是以课本为主，习题为辅，提高学生做题能力的训练，忽视了对学生实践能力的培养，以至于学生只会做题，不会做实验。很多学生在课前问老师实验应该怎么做，这就表明学生并没有真正掌握所学的知识，或者已经掌握了所学知识但不会灵活运用。因此，我认为能在理论教学中加入一些实践方面的知识，让学生掌握一些基本的实验方法还是很有必要的［4］。
2．2结合EDA（PSPICE、MULTISIM等）技术
在老师的指导下鼓励学生自行设计电路，然后在软件上仿真验证，使学生对课题有一个全面的理解和掌握［5］。
2．3开放实验室
我们的电工电子基础实验室设备齐全，规模较大，承担着全院的基础实验课。但课余时间基本不用，应充分发挥实验室的功能。实验室应在整个学期都对学生开放，期间学生可以自行约定时间进实验室，为学生的个性化设计提供必要条件。
2．4开放元器件
学院应拨一定经费，可由老师统一购买元器件发给学生。
3实施步骤
3．1选题
（1）采用难度适当的指定题目或自选题目。
（2）鼓励使用结合实际应用的最新芯片与开发工具。
（3）使学生在规定的时间内工作量饱满，经努力能完成任务。
3．2提出设计方案
（1）查找资料。
（2）元器件市场调研。
（3）方案论证。
3．3设计方案点评
（1）对设计方案进行分析、评价。
（2）备齐器件。
3．4设计方案实施
（1）系统实现。
（2）系统测试。
3．5总结
（1）提交总结报告。
（2）提交最终作品。
4课题举例音响放大器的设计与实现。
4．1实验目标
（1）小型多级放大系统设计、实现与联调方法。
a．多级放大系统增益分配设计。
b．多级放大系统级联调试方法。
（2）音调特性控制方法与实现原理。
（3）音量控制方法与实现原理。
（4）集成功率放大器内部电路工作原理与应用。
（5）音响放大器主要性能参数的测试方法。
4．2实验内容
（1）功能要求：具有话筒扩音、音调控制、音量控制、电子混响、卡拉OK伴唱等功能。主要技术指标可自定。
（2）音响放大系统及模块设计。
（3）音调控制特性仿真。
（4）测量内容a．测量音调控制特性，并绘制音调控制特性曲线。b．测量频率为1kHz时的输出功率Po及整机电压增益Av。
（5）测量整机频率响应特性曲线。
（6）实际系统音效及控制效果试听。
4．3实验教学过程与要点
（1）音响放大系统框图、信号流程与工作原理。
（2）音响放大系统主要技术指标及测试方法。
（3）电路安装与调试技术。
4．4实验结果与验收要求
（1）带载特性参数测量与实验记录结果的比对。
（2）系统音效试听。
（3）结合实验内容进行提问。
（4）根据验收情况，给出并登记验收成绩。
5遇到的困难
当然要开设电子技术课程设计还有许多困难，比如实验室协调问题、经费问题等，我相信只要我们上下一心，知难而上，总会找到解决的办法。
[关键词]化工厂 设计 流程
中图分类号：TU991 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）47-0287-01
1 化工厂实验室设计基础
（1）合同签订之前的项目前期阶段，要明确项目的性质、设计范围、设计原则、设计依据和建设规模，同时搜集资料、调查研究，借鉴以往类似产品、同等规模实验室的设计经验，根据化工工艺及系统、公用工程、环境保护及安全卫生等专业提出的初步分析项目条件，提出实验室的初步设计方案：实验室类型属于中央化验室还是车间化验室，实验室的大概面积和实验室的主要组成等。
（2）在初步设计阶段，针对前期阶段制订的初步设计方案，征求建设单位及有关部门的意见，进一步明确实施方案，依据有关专业提出更加详细的分析项目及要求，划分不同功能的实验室，依据实验室平面设计原则，给建筑专业提出合理的总体面积及各功能房间的布局要求，由建筑、结构专业设计人员共同设计出实验室的总平面布置图。同时给相关专业提出各功能房间的基本设施要求。
（3）在详细设计阶段，根据已批准的初步设计文件以及初步设计审核意见，修正初步设计方案，然后详细提出各功能房间的尺寸大小、基础设施要求、设备布置等情况。
2 平面建筑布局
2.1 设计原则
（1）把同类实验室组合在一起，例如把化学分析实验室集中布置在一起，以便于通风、排污、排毒措施的集中设置以及一些辅助仪器的共同利用，避免重复投资；气相色谱、液相色谱等有温度、湿度和洁净要求实验室集中布置在一起，便于集中布置空调设施。
（2）把工程管网较多的实验室组合在一起。例如有气源要求的仪器分析室应布置在一起，这样从钢瓶间或外管过来的气体管道就能集中安排在一起，便于敷设、管理和检修。
（3）把有隔振要求的实验室组合在一起，且一般宜设于底层。例如将天平室和精密仪器室尽量集中布置在底层并采取减振措施。
2.2 化工厂中控楼化验室举例
某化工厂中控楼化验室建筑面积为1662m 2，由于生产原料、中间产品和成品纯度的要求，各功能房间均为净化实验室。根据建筑、结构、暖通专业人员以及工厂分析化验人员的意见，同时考虑某些大型精密分析仪器对环境的要求，实验室划分为三个区域：千级净化区、万级净化区、普通净化区，每进入一个净化区都有风淋设施对人、物进行吹扫、消毒。对于要求比较高的千级净化区，实验期间处于封闭状态，所需样品通过传递窗进行传递，尽量避免外界环境对分析的干扰和影响。同时各功能房间均有空调、通风、温湿度控制设施，平面布局见图1。
3 基本要求
3.1 建筑和结构
（1）实验室最好在化工厂的上风向，避免车间灰尘和有害气体对分析化验结果的影响。（2）实验室要远离震源、噪声源、粉尘源和电磁干扰源。（3）实验室建筑的耐火等级不低于二级。（4）布置较重设备或要求防振的房间可设在底层；有洁净和安静要求的房间可布置在高层；有防潮或防晒要求房间则可分别设置在阳面或阴面。（5）特殊实验室除外，实验室的层高不得低于3.6m，中心走廊宽度宜2.4～ 2.7m；实验室建筑物为多层布置时，楼面荷载设计不小于3000N/m 2，负荷较大的房间按实际要求设计。（6）有爆炸危险的房间门应向外开；大房间应设门；有恒温恒湿要求的房间应设双道门（即设缓冲区）。（7）有洁净要求的房间应采用固定窗，避免灰尘进入室内；有防晒要求的房间应设遮阳窗帘；其他房间宜采用双层活动窗或纱窗。（8）化验室的地面应平整、防滑、耐酸、耐碱、耐油、防静电。（9）用水房间应设1.2～ 1.5m瓷砖墙裙或油漆墙裙，以便于清洁。（10）需要使用钢瓶的化验室应在建筑物外便于引管线到所在功能房间的地方建钢瓶间，钢瓶间要通风良好，并有防爆和泄爆措施。
3.2 通风及排风
在化学实验过程中，经常会产生各种难闻、有腐蚀性、有毒或易爆的气体。这些有害气体如不及时排出室外，就要造成室内空气污染，影响实验人员的健康和安全以及仪器设备的精度和寿命，因此，实验室应考虑通风和排风系统。实验室的通风和排风系统设计通常有如下要求：（1）实验时产生有害气体的房间可设置通风柜进行局部通风，柜内需设热源、水源、照明等；风机要求防爆，通风管道要耐酸碱腐蚀；对于合用一个风机的多台通风柜，每台通风柜都应有独立的控制按钮。（2）对于环境要求严格的原子吸收室、液相色谱室或质谱分析室等可在仪器上方设置局部排风罩。（3）对于会散发有毒有害气体的化学分析室应设置通风柜进行局部排风。（4）对于散发少量有害气体的房间宜设轴流风机对外排气。（5）空气要求保持一定洁净度的房间，则要提出洁净等级。
3.3 给水和排水
（1）给排水管道的设置应满足分析化验洗涤的要求；室内总阀门应设在易操作的显著位置；下水道应采用耐酸碱腐蚀的材料。（2）应按需供给生活用水或新鲜水。（3）分析化验污水应排入生产污水管网，分析化验废弃的酸、碱、油污、化学试剂和废渣应集中贮存再定期处理。（4）应配备消防栓或化学灭火等消防设施。
3.4 供电
实验室供电一般分为照明电和动力电，而动力电主要用于各类仪器设备、空调和风机等的电力供应。实验室用电有如下要求：（1）实验室电气的设计应遵守国家或行业相关标准。（2）实验室内应设三相和单相交流电源，要设置电源总开关，以便能切断室内电源。（3）实验室的动力和照明电源线及通信线宜暗设。应配备不间断电源，当主电源断电时应能给应急照明系统提供至少半小时的电源供应。（4）实验室的实验台、通风柜及其他实验区域应有足够数量的单相或三相插座，插座一般采用嵌入式，安装在墙上，也可根据需要在实验台上安装电源插座，大于16A的电源应采用空气开关。（5）实验室的烘箱、冰箱、恒温箱等固定设备应有专用供电电源，确保实验结束时仍能运转，不至于因切断实验室的总电源而影响其工作。（6）实验室要有接地系统，对大型精密仪器或有特殊要求的设备应单独设置接地系统。（7）实验室采用荧光灯照明，药品间、钢瓶间等有爆炸危险的场所应设防爆灯具。（8）根据需要，部门实验室应设电话及网络接口。
参考文献
[1] 谢景欣.负压二级生物安全实验室设计要点[J].中国公共卫生.2010（10）
关键词：网络实验室；电工电子实验；模拟电子技术实验
中图分类号：TP391.9
网络实验室又被简称为iLab，是科学技术与信息网络快速发展的产物，是一种依靠因特网的信息传输机制实现信息互换的实验系统。主要是结合了计算机的仿真技术、计算机的网络技术以及远程控制，以此实现使用的用户能够通过远程登入操作系统进行实验。与传统的实验室相比较，网络实验室具有更好的资源共享性，具有不受时间地点的约束，能够对设备高效利用等等一系列的优点。是能够缓解实验教学中日益增加的需求的一种有效解决方案。
1 虚实两类实验室的特点分析
就目前情况来说，网络实验室的研究主要分为两个类别。一是实物网络实验室，是以远程数据的采集和控制方案为基础的一类网络实验室；另一类是虚拟实验室，主要是以计算机仿真等等技术为基础的网络实验室。
1.1 虚拟实验室特点分析
虚拟网络实验室实际上就是指基于Virtual Reality虚拟现实技术的进行实验的教学系统，能够实现各种教学实验室数字化以及虚拟化。结合了计算机具有的图形处理技术以及设备控制，能够在计算机上展现出一个虚拟环境。学生能够子啊这一个实验平台上自主进行实验的设计，具体的实验操作以及对实验结果进行验证。在虚拟实验室的设计中，客户端以及服务器之间是通过互联网进行数据传输的。用户通过网页登录虚拟实验室，即可进入一个虚拟的实验环境。由于虚拟网络实验室在主体上的设计是纯软件性的，所以同时能够具备实验启动的速度较快以及实验结果能够即使反馈等特点。
1.2 实物网络实验室特点分析
实物网络实验室保留了现实中真实的实验所需设备，并通过多媒体、数据采集以及远程控制等技术将其与互联网很好的结合在一起，将实验场景从现实的实验室转向用户。使得用户能够通过电脑进行实物网络实验室，远程操控实验室内的实验设备，并能够通过网络反馈实验所得的数据和结果。与虚拟实验室进行比较可发现，实物网络实验室更加适合用于远程控制一些高端的精密的实验仪器和一些较难进行虚拟化的实验所用设备。
2 基于虚实结合的网络实验室的结构
虚实结合的网络实验室是指将虚拟仿真以及实物实验进行结合的一种电工电子技术实验网络实验室，可简称为LEE-Lab。使用此项技术的用户能够通过Web远程登录指定的实验系统并能够进行在线实验，不会受到任何时间以及地点的限制。当用户在使用此平台时，不仅能够选择进行某一项虚拟仿真实验，并获得实验结果，还可以选择进行同一实验的实物的实验，能够获得通过硬件实验而得到的实验结果和数据。虚实结合的网络实验室主要包括了客户端、服务器端以及实验端三大部分。下面就从这几个方面的设计理念和原理等做详细的阐述。
2.1 客户端
电工电子实验网络实验室采用了浏览器/服务器的架构，是通过将实验场景的插件内嵌入浏览器中，登录即可进入网络实验室。这样的浏览器客户端具有的通用性极高，并不需要用户事先对客户端的APP进行下载，只需要安装了基于IE等的浏览器既可以通过互联网进行登录。对实验室场景的插件在登录是从服务器进行下载即可使用。
2.2 服务器端
服务器端用于将客户端以及实验端之间进行连接，包括Web服务器、应用的服务器以及数据库服务器还有视频服务器这四个部分。这四台服务器是处在统一高速局域网当中的，这样就能够保证数据在传输过程中的实时性以及稳定性。
（1）Web服务器。可以使用的Web服务器例如Tomcat，其具有的特点是技术先进、性能较稳定，且在运行时占的系统资源较少，适合用于电工电子网络实验室的Web服务器。
（2）应用服务器。此类服务器主要用于监听用户的连接以及请求等。应用服务器包括了虚拟调度模块以及实物的实验服务两个模块。分别能够起到的作用是能够相应用户发送的虚拟实验的请求以及实物的实验请求。
（3）数据库的服务器。适合作为电工电子网络实验室的数据库服务器主要是MySQL，这是一个开放源代码的关联式的数据库管理系统，由于MySQL具有体积较小、速度较快且成本较低等优点，在互联网的小型网站中都得到了广泛的应用。电工电子网络实验室的数据库服务器采用MySQL能够用来记录用户登陆的信息以及实验完成后的实验结果和实验数据的存储和管理。
（4）视频服务器。视频服务器采用了嵌入式的视频服务器设计方案，上电后就能够稳定的进行工作，并不需要进行编程。使用电工电子网络实验室的用户能够通过网页的直接连接，通过视频来对实验结果进行观察和分析。
2.3 实验端
电工电子网络实验室的实验端包括两个部分，分别是虚拟仿真以及实物实验，以此能够实现分别对某项实验进行仿真的计算以及实物的实验运行这两部分的工作。其中虚拟仿真端是由分布式的一组计算集群构成的，每个节点都能够运行一个监控程序，并承担起应用服务器中的虚拟调度的模块所分配给的仿真计算的任务。实物的实验端主要是包括了实验板、实验的仪器以及数据的采集卡还有工控机和摄像头这五个部分。实验所得的结果是由实验板产生的，并通过实验的仪器以及数据采集卡的采集传送至工控机，然后由工控机的控制程序将这种数据反馈到服务器上。
3 基于网络实验室的模电实验
3.1 数据的通信方式
在基于网络实验室的模电实验中系统可以采用可扩展标记语言的数据交换格式以及对场景的描述方式。这样就能够实现对电子文件进行标记并使其具有了结构性的标记言语，这一方案可以用作对数据进行标记以及定义数据的类型的方式。并且能够对网络中存在的数据交换以及表示进行适当的简化。使得代码、数据以及表示能够分隔开来。概括来说XML具有简单性，可重用性，可扩展性等等许多的特点。由于电工电子网络实验室的数据传输的过程是十分繁复的，且涉及到的领域很广，于是就需要采用粘合性较强的通用的一种通信方式来连接各个模块之间所要进行的数据交换。结合XML所具有的许多特点，可以选用XML作为各模块间数据的通信方式。
3.2 客户端的设计
由于Adobe Flex浏览器插件技术是可以进行移植的、可重用的、可以进行调整且灵活多变，可以采用Adobe Flex的浏览器播放器插件进行网络实验室中的实验场景设计，能够实现快速的进行动态交互。设计者应当先设计出独立的实验场景的界面，然后将其编译成Flash插件，这样能够使用户只需要进行一次下载就可以获取到实验场景，不需要多次进行下载。该实验操作界面应当主要由三个部分组成：实验工具栏、实验器件列表、操作界面。在实验场景界面中，实验所需的元器件可以将其放置在器件列表以及操作面板这两个模块中。
3.3 虚拟仿真端的设计
仿真语言可以采用Modelica作为基础的建模语言。Modelica是新型的、面向大型复杂异构的物理系统对象的建模语言。[1]基于虚实结合的网络实验室具有极强的跨学科性，所以Modelica能够支持多领域进行统一建模这一特性，很好的符合了设计的需求。就从模电实验角度来说，Modelica标准库中包含了电阻、电源、运算放大器等等常用的元器件模型，开发人员能够直接从标准库中调用模型来进行模拟电路的系统性建模。
电工电子网络实验室的虚拟仿真端是由虚拟的实验计算调度的模块以及计算节点这两大部分组成。虚拟实验的计算调度的模块属于电工电子网络实验室中的应用服务器，主要是负责对客户端传入的实验场景的文件进行接受，并能够根据当前的计算集群中的计算节点所具有的负载，将需要执行的任务进行有效分配给较为空闲的一些计算节点，能够有效的提高工作效率。计算节点是指已经安装Open Modelica的仿真环境，其任务主要是能够承担起由计算调度模块分配而来的任务。
3.4 实物实验端的设计
这里就模拟电子技术的实物实验端的设计框架作一个大致的描述。在对LEE-Lab进行设计的过程中，所涉及的各个学科的实物实验端对其结构的设计都是大致相同的，主要包含了三个部分：实验模块、数据采集的模块以及控制端。这里就以模拟电路的实验作为例子，简述其硬件结构的大致框架。
实验模块即指实验电路板，是由I/O型扩展芯片8255A以及继电器还有具体的实验电路三大模块组成，其中包含了模电技术基础中的共射极放大电路以及同相比例的放大电路等等基础的实验电路。数据采集的模块首要任务是进行数据的采集，采用了多功能的数据采集卡例如PCL-812，可以通过ISA插槽进行安装。控制端实际上指的就是已经安装到工控机上面的C++语言汇编的控制程序，可以通过接口函数来进行数据采集卡的调用，以此就能够实现控制端与实验板之间数据的传输。
4 结束语
总的来说，基于虚实结合的网络实验室不仅是通过将虚拟实验室以及实物实验室相结合的综合性的设计方案，有效的整合了系统的软硬件资源，还简化了系统低层的传输协议，整体上实现了操作的便捷化、响应更加快速，演示过程更加逼真的这样一种远程实验控制技术。和其他的网络实验室进行比较，虚实结合的网络实验室具有一定的超前性，不仅在功能上十分的实用，在用户的操作以及实验效果两方面也十分优秀。虽然该技术优点是显而易见的，缺点也是必然存在的。所以，在将来的研究过程中，应该及时提出缺点不足和存在的问题，并及时进行分析，提出解决方案。只有这样才能设计出一个更加完善的基于虚实结合的网络实验室。
参考文献：
[1]何振磊.基于虚实结合网络实验室的模拟电子技术实验[D].浙江大学，2013.
[2]谢瑞杰.构建虚实结合的计算机网络实验室[J].实验科学与技术，2014.
[3]张守恒.虚实结合网络实验室服务端设计与实现[D].浙江大学，2013.
一、引言
核技术应用实验是核类相关专业的一门专业实验课，是一门实践性很强的学科。核技术应用实验教学的目的是提高学生实践、创新能力，[1]使学生在原有理论知识的基础上建构真正的、有效的知识结构。[2]核技术应用实验主要配合理论课的学习，把理论知识和实践相结合，培养学生理论联系实际、独立分析问题，解决问题的科学实验工作能力和正确判断实验结果的可靠程度及处理数据的能力，更好地掌握核技术实验的方法和技术；培养学生严格的科学作风，为学生进行毕业论文与毕业后的科学实验及研究工作打下基础。核技术应用实验是继核辐射探测基础实验之后开设的应用性实验。[3]学生已经具备了仪器使用操作的基本技能、方法，[4]掌握了实验操作的基本流程、实验数据处理方法。在此基础上开设核技术应用实验，有利于培养学生的综合素质、创新能力，提高学生的科学素养，提升学生多元化素质。经过几年的探索与实践，本文重点介绍了将创新研究性实验教学应用于核技术应用实验中的实践情况：实验准备、实施、实验报告形式、实验评价等。
二、创新研究性实验的重要性
传统的核技术应用实验通常是由验证性实验、综合性实验等项目组成，实验指导老师先讲解、演示操作，然后学生按要求参照实验讲义上设定的步骤完成实验。这样学生只是通过实验来加深所渉理论知识的理解，学生综合素质及创新能力无法得到培养。创新研究性实验是学生应用所学理论知识，利用实验室的仪器设备自主设计实验方案，在实验指导老师的指导下完成实验。创新研究性实验不仅培养了学生综合分析问题、查阅资料、动手实践、数据处理等方面的能力，[5-8]而且提高了学生自主学习、实践中发现分析解决问题的能力和科学素养，提升了学生严谨务实、探索创新、团结协作的精神。[9-12]创新研究性实验是对传统性实验的改革与补充，是符合现代社会的需求、符合技术革新和发展的要求，是符合培养多元化复合型人才的要求，顺应了“新工科”背景下培养学生的目标，为学生顺利与企业、研究所培育模式无缝接轨。
三、创新研究性实验教学的实施
1、准备工作
（1）实验指导老师。①提供相关资料。实验指导老师根据实验目的及实验室的仪器设备情况，详细列出实验目的要求、仪器的名称、使用说明、功能、注意事项等，并在实验前发给学生。这样能保证学生对实验室的仪器设备的情况有所了解，并有利于学生根据实验室的条件确定实验方案、熟悉相关实验原理及方法。②准备实验仪器设备。实验指导老师根据学生提交的实验项目及方案，准备相关的仪器设备，并保证各设备能正常运行。③实验室开放。实验室开放是保证学生能自主完成创新研究性实验的条件之一，有利于激发学生的潜能，有利于提高学生的自主学习能力及人才的个性化发展。[13,14]实验室可在时间上和空间上为学生开放，学生可预约到实验室熟悉仪器设备或进行预设计实验，为学生设计创新研究性实验项目摸索条件。开放期间，实验指导老师需随时解答学生的问题。[15]④评阅实验方案。学生实验项目及方案设计的情况反映了其对理论知识应用的灵活性、创新研究能力及准备工作是否做的充分。实验指导老师需认真批改学生的实验方案，并指导学生修改实验方案，制订出合理的实验方案，保证学生能顺利完成实验。（2）学生。①熟悉实验仪器设备。学生根据老师提供的仪器设备情况，熟悉设备的工作原理、使用方法、注意事项、查阅相关资料。必要时，学生可预约到实验室熟悉仪器的使用方法或进行预设计实验。②设计实验方案。实验方案能全面综合反映学生的创新研究能力、理论知识应用能力、实验技能、创新思维过程及书面表达能力。[16]学生根据实验室的仪器设备情况及所学理论知识确定实验项目，选择相关仪器设备及实验条件，设计实验具体方案，画出实验原理图，拟定实验步骤，预测实验现象及结果。
2、实施
根据实验设计的方案和步骤独立顺利完成实验是检验学生准备工作是否做的成分、创新研究能力强弱的关键。实施过程中，指导老师及学生需做到如下几点：（1）指导老师。①强调仪器调试使用方法。学生在安装调试仪器前，指导老师强调注意事项及仪器调试使用方法。学生安装调试好仪器，需指导老师检查后学生方可进行下一步实验。②实验过程。学生实验过程中，指导老师应全程观察、指导学生实验操作。①观察学生动手实践能力。②根据实验现象或数据提问，了解学生对知识的理解程度及创新意识。③指导老师向学生提问：若改变实验条件，可能出现的实验现象、实验数据可能变化情况，并要求学生观察记录不同实验条件下的实验现象及实验数据。④实验过程中，学生不能解决的问题，指导老师及时给予指导解决。⑤对学生整个实验过程作出详细的记录并给予评价。（2）学生。①安装调试仪器。学生根据自己设计的实验方案及原理图连接安装仪器设备，并调试，保证各元件设置的参数合理，且能正常工作。学生在安装调试过程中出现的问题，学生之间互相讨论解决，对于不能解决的问题，指导老师给予指导解决。②实验操作。学生根据自己设计的方案及步骤独立完成实验。学生应认真仔细观察实验现象、记录实验数据，确保原始数据的可靠性。实验过程中出现预料之外的现象或数据不合理的问题，认真细致思考、相互讨论，查找原因并解决问题。③实验现象及数据记录。学生认真观察实验现象，并描述出其现象，记录实验的条件、各元件的参数及实验数据，保证原始数据的可靠性。原始记录需指导老师审阅签字。
3、实验报告
学生完成实验后需撰写实验报告，实验报告可以是传统的报告形式提交，也可以是研究报告形式提交。传统的实验报告形式需包含以下内容：实验目的、器材、设计方案、实验原理及其原理图、实验步骤、注意事项、实验条件、各元器件参数、实验现象、原始数据、数据处理结果、误差分析、结论。研究报告形式需包括以下内容：研究概述、研究内容与目的、创新性、设计方案、实验原理及其原理图、实验现象及原始数据、数据处理方法、误差分析、结论与建议。这样既可以培养学生的综合分析能力、逻辑归纳能力及书面表达能力，[17]也可以培养学生的科学素养，促进学生多元智能的发展。
4、实验评价
创新研究性实验成绩的评价是否客观、科学合理，直接关系到学生对创新研究性实验的热情及兴趣、也是今后能持续开展下去的重要的一个环节，这样对指导老师提出了更高的要求。指导老师需全程参与实验项目中，对学生的任何一个实验环节都必须了然于胸，并做出详细记录及评价。具体评价方法如下：（1）实验前准备。这部分主要从以下几方面来评价：设备熟悉程度、选择的设备及实验条件是否符合项目要求、实验设计方案的合理性、实验原理及其原理图的正确性、拟定实验步骤的正确性、设计的实验项目是否具有创新性等。这部分分值占总分值的20%。（2）实验操作。这部分评价依据主要为：操作熟练程度、仪器安装调试情况、实验原始数据及现象记录情况、发现及解决问题的能力、实验态度等。这部分分值占总分值的50%。（3）实验报告。这部分评价的依据主要为：报告内容的完整性及正确性、数据处理及误差分析的正确性、结论的正确性等。这部分分值占总分值的30%。
四、结束语
首先要知道实验目的，然后找到适合的实验方法，再根据实验方法设计实验步骤（如果是现成的方法更好），根据步骤归纳总结所需要的仪器试剂等，最后按照实验目的，实验原理，实验方法，仪器试剂，实验步骤，数据处理这几部分进行总结即可。
开放实验室管理系统设计方案怎么写
在学校实验室的管理中，发现了一些问题，其中如：在统筹安排各班级上实验课的时间需要人工实现，而且经常会出现同时有多个班级要使用实验室的冲突，并且调课后没有及时通知老师和班级同学。为了方便实验室的管理，我们提出利用网络来管理实验室的上机情况。以学校的网络实验室为背景，开发一个开放实验室管理系统设计方案.........
六. 实验室管理信息系统??功能描述：??实验室的使用情况、查看实验信息、增加实验项目、增加实验材料。实验室的管理员通过本系统可以清楚的掌握实验室当时的使用情况；同时管理员还可以通过系统的操作界面清楚地了解其中任何一个实验室的试验信息（例如：实验项目的个数、预约的实验时间、实验项目的名字、所需要的实验器材、实验人数等）；当外界人员需要申请在某一实验室做项目时，管理员可以通过查看实验室的使用情况而合理的给申请者安排做实验的时间；为了方便增加实验项目输入实验信息，在系统中备份一些实验常用的实验器材，但是每个实验对器材的要求是不一样的，在系统中我们可以任意的加进实验所需器材，为了提高管理效率系统将器材分为大型中型和小型三类
学校下周让交一份自己设计的实验方案！基本要求??a、实验题目。（如测量某一物理量）??b、写出实验的理论依据及实验公式的推导过程。??c、根据实验要求合理选择所需仪器。??d、实验步骤、注意事项。??e、对结果进行分析，得出结论。??当然不是自己做的也差不多，推荐些网址也行。
实验目的：验证上端开口盛水容器底部小孔出水速度v与小孔离液面高度h之间的关系??实验器材：底部侧面钻有小孔的大容器、米尺、软木塞、铅直器。??实验步骤：??1．用软木塞封闭小孔；??2．将容器置于一定高度H处，并向其中加深度为h的水，??3．拔开软木塞让水流流动一小段时间后再封闭小孔；??4．测量水流最远着地点距小孔正下方的距离L；??5．多次重复1—4步；??6．整理实验器材。??数据处理：??由平抛运动可求水流在空中流动时间 ，由水平方向可得水流出口速度．
初中物理创新实验设计方案（测量纸片下落的速度）
作者：朱文军文章来源：初中物理点击数：309更新时间：2008-10-10
一、实验名称：测量纸片下落的速度
二、实验设计思路：
实验“测量纸片下落的速度”所提供的实验器材有卷尺、秒表、纸片，但是采用这些实验器材
总是发现纸片在下落的过程中忽左忽右的飘，下落的路线不是直的，容易碰到课桌或其它的物体而改变路线。我就想找一种东西来代替它，起初想用气球，但发现更难控制路线，而且气球太大，放在实验桌上会引起学生的无意注意。后来想这种东西应该还是用纸来做，因为如果采用铁球等密度较大的东西做实验的话，由于下落的时间太短无法测量下落时间，或者是测量出来的时间误差太大。最后和同学们一起讨论想到用小时候玩过的三个纸条组成的“纸锥”来替代原来的纸片。而且下落的时间可以通过秒表测出（由于实验室没有足够多的卷尺，可以利用人的身高这个已知条件，此时下落的时间大约是1．2秒）。
三、实验目的：
学会测量运动物体的速度。
四、实验所涉及的科学道理：
测量纸片（改成“纸锥”）下落的速度这个实验利用的实验原理是速度公式 。把纸片改成“纸锥”，主要考虑它在下落时由于下部的形状不同，空气的流速也不相同，根据“在流体中，流速越大的地方压强越小”（伯努利原理），会产生压力差，导致“纸锥”下落时会顺时针或者逆时针旋转（具体旋转的方向是由安装时的顺序决定的）。
五、实验操作步骤：
（1）实验前要测量出同学的身高，作为“纸锥”下落的高度s，记录在实验表格。
(2）一位同学把30～50厘米长的刻度尺平放在自己的头顶，另一个同学按照这样的高度自由释放“纸锥”，同时开始记时，记下“纸锥”落地时所用的时间t，记录在实验表格。
（3）重复上述步骤两次。
（4）根据速度公式计算出“纸锥”三次下落的速度，并计算出平均值。
六、实验装置或照片：
学生可以自制“纸锥”（剪三个完全相同的左右的纸条，把每个纸条对折一次，然后连环套在一起，如图1所示，把三个“脚”向外抽紧，如图2所示）
七、实验所用器材：
“纸锥”一个，30～50厘米长的刻度尺一把，秒表一只。
八、实验效果以及其他需要说明的问题：
实验效果：2005年12月14日前后在南京树人国际学校初二十二个班级中施教效果很好，
解决了原来所用纸片下落不稳、路线不是直线，路程无法测量的缺点，而且实验器材制作方便、成本低廉、操作简单、学生感兴趣。后来在鼓楼区其他学校初二物理教学中得到进一步的检验，各位同行一致反应较好。具有较大的推广使用价值。
说明：在制作“纸锥”时需要用硬度不要太大、密度较小的纸张，学生课堂练习纸最佳。可以选择高个子同学的身高作为“纸锥”的下落高度，这样可以增加下落时间，减小时间测量上的误差，但是会导致矮个子同学很难判断刻度尺是不是水平的；用矮个子同学身高作为“纸锥”下落的高度，可以最大程度的使刻度尺保持水平，但是会使下落时间变短，这样测量的高度准确了，但是下落时间的测量误差会增大。这样的分析过程可以通过学生的讨论完成。
1 物理实验设计能力内涵的认识
物理实验设计能力是指学生在实施物理实验之前,根据一定的实验目的和要求,运用有关物理知识与实验技能,对实验的仪器、装置、步骤和操作方法等实验因素进行规划的能力。它具有较强的综合性、创造性和灵活性等特点。①实验设计的综合性是因为实验设计本身就是一个综合运用所学物理知识与实验技能,对实验的仪器、装置、步骤和操作方法等进行规划的过程,在这个过程中,学生除了具备一定的物理知识和实验技能外,还需要掌握各种科学方法。如观察、测量、记录、归纳整理资料、分析对比异同、抽象概括结论等。②实验设计的创造性,是指通过实验设计,可以充分发挥学生的聪明才智,让学生运用自己所学知识,创造性地构思、设计解决问题的途径和方法。③实验设计的灵活性是指学生在进行实验设计时要具有应变能力,思维要灵活,对于要解决的问题,根据不同的实验条件,可以设计不同的方案
1.某物理小组到外旅游,看到河边有一种漂亮的石子，他们非常想知道它的密度，但手边只有弹簧测力计。请你帮他们设计一个实施方案粗略测出石子的密度（写清实验步骤，并用测量量表示出密度值）
步骤一：用质量、体积均可忽略的细绳捆住石子，用测力计测重力，记录示数F1 步骤二：用测力计钩着将石子浸没在河水中但不碰到底，记录测力计示数F2
ρ=F1*ρ水/(F1-F2)
2.小明手里有一块非常漂亮的橡皮泥，手中还有一个量筒和一盆水，请你设计一个实验帮他测出橡皮泥的密度（①.步骤 ②.表达式）
步骤一：向量筒中注入适量水，记录示数V1，放入橡皮泥块，使其被水浸没但水不溢出，记录水面上升后示数V2
步骤二：将橡皮泥取出，重新读取液面下降后的读数V3
步骤三：将橡皮泥弄干，捏成小船形，轻轻放入量筒内水中使其漂浮，且水无溢出，记录示数V4
ρ=(V4-V3)ρ水/(V2-V1)
3.小明做实验时不小心将两杯液体（清水和盐水）弄混，他只用一支铅笔和一段细铁丝便轻松进行了分辨（写出步骤及表达式）
步骤一：将细铁丝缠绕在铅笔杆一端，使其能够在水中直立漂浮
步骤二：将铅笔细铁丝一端分别放入两杯液体中，在笔杆上标记液面高度
由于漂浮，受力平衡ρ液gSl=mg
标记距绕细铁丝一端较长的是清水，较短的是盐水
4.小兰想测出自家牛奶的密度，但她只能找到一支粗细均匀的细木棒和一段细线、水、一个螺母及一把毫米刻度尺，如何测出它的密度（①.步骤 ②.表达式）{若将毫米刻度尺换成量筒如何？}
使用量筒：
步骤一：将螺母套紧固定在木棒一端，使其在液体中能直立
步骤二：向量筒中倒入适量牛奶，记录体积V1
步骤三：将木棒放入牛奶中，使其能够漂浮且不触到量筒底部，记录液面上升后体积V2 步骤四：将牛奶倒出，洗净量筒，再倒入适量水，记录体积V3
步骤五：将木棒放入水中，使其能够漂浮且不触到量筒底部，记录液面上升后体积V4 ρ奶=(V2-V1)ρ水/(V4-V3)
使用刻度尺：用细线捆住木棒一端，依次慢慢放入牛奶和水中，直至木棒恰好要歪倒，标记该时刻液面在木棒上的刻度，用刻度尺测量浸入端到标记刻度的距离，分别为h1、h2 ρ奶=ρ水h2/h1
5.小明妈妈买来一条质量2Kg的鱼，可小明想知道鱼是否足秤，可手边只有一把量程5N的测力计，还有一根轻质均匀细直尺和细线。（请谁基础实验帮他解决难题 ①.步骤 ②.表达式） 步骤一：用细线做三个环，其中一个固定在直尺0刻度处，一个固定在直尺L刻度处（L不大于为1/5量程），另一个不固定（可在L刻度以上移动）
步骤二：将鱼挂在0刻度处的线环，测力计钩子钩住可移动线环，用一手提起L刻度处的线环并用另一手拉弹簧测力计，使得支持能够平衡
步骤三：改变可移动线环的位置以及拉测力计的拉力，记录若干组测力计示数Fi与可移动线环所在刻度Li(i=1,2...)
由力矩平衡：mg*L=Fi*(Li-L)
代入数据，求m的平均值,即为鱼的质量，与2kg比较即可
6.小红手中有两块外形、体积相同的小金属块，请你设计实验比较两金属块密度大小，器材自选（①.步骤 ②.表达式）
器材：天平
步骤：分别将两块金属块放入天平的两托盘里
关键词：室内环境质量监测；温湿度；光照；ZigBee
中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）01-00-03
0 引 言
健康舒适的室内环境对任何一种建筑来说都尤为重要，实验室作为人员密集型建筑，良好的室内环境有助于提高学生的学习效率。如果温度过高或过低，湿度过湿（高于70%）或过燥（低于30%），光照的过明或过暗，都会使学生产生不适感，影响正常排汗和情绪、降低注意力。由此可见，实验室环境的不尽人意，在无形中影响了学生的健康和学习效率。因此，开发了室内环境质量无线监测系统，以便24小时监控实验室的环境质量参数。本无线检测系统的主要特点如下：（1）该系统可以延长实验室里面设备的使用寿命，为设备提供一个安全的使用环境；（2）该系统能够提高管理效率，温湿度数据可以远程传输，管理人员在巡查的时候不必到机房去就可以远程了解实验室的环境问题；（3）本系统可以代替管理人员24小时监控非上班时间实验室存在的安全隐患，达到对实验室远程监控的目的。
1 系统总体设计
在日常生活中，由于存在个体差异，在各种条件下要找到一个单一的指标来准确反映人体对环境的舒适性是很困难的。因此，在环境舒适性的检测过程中，我们往往关注三个比较重要的影响环境舒适性的因素：温度、湿度、照度。所以本系统针对实验室的环境分别采集温度、湿度、照度这三个因素来衡量实验室环境的舒适性。系统的总体设计框图如图1所示。
图1 室内环境无线监测系统的总体设计框图
本文所述的室内环境无线监测系统分为硬件设计方案和软件设计方案两部分。
1.1 硬件设计方案
该系统采用模块化的硬件设计，由STC12系列单片机微控制器、温湿度传感器、光照传感器、CC2530芯片的ZigBee收发模块、液晶显示模块、电源模块等组成。该终端具有室内环境参数的自动采集、计算处理等功能，它可以连续自动地测量温度、湿度、光照这些指标，各种要素经过传感器将模拟量转化成相应数字量，供采集器定时处理后给单片机进行处理，实现数据的采集、显示及无线传输。
1.2 软件设计方案
室内环境无线监测系统的软件设计由主程序、温湿度传感器驱动子程序、光照传感器驱动子程序、LCD12864液晶显示子程序、串口通信子程序等组成。对于硬件方案用到的编程软件其中包括对于微控STC12C5A60S2进行C语言程序编译的Keil软件，将Keil软件生成的.hex头文件烧录至MCU中的下载软件STC-ISP中。
2 室内环境质量无线监测系统的硬件设计
实验室室内环境质量无线采集系统在硬件设计过程中，使用了模块化的设计方法，分别为微处理器电路设计、数据采集模块电路设计、显示模块电路设计、串口通信电路设计、无线收发模块。在本系统中，对实验室室内环境质量参数数据的采集主要依靠各种传感器，如温湿度传感器AM2301、照度传感器模块GY30。这些传感器的工作原理是利用物质各种物理性质随环境变化的规律把温度、湿度、照度等转换为模拟量或数字量进行输出，通过单片机采集这些电量数据并对其进行计算即可确定各环境参数的数值。在室内环境质量无线监测系统的设计中，本文使用了STC12C5A60S2单片机进行设计。具体包括：单片机最小系统，温湿度接口电路，光照接口电路，接口电路，电源电路，串口通信接口电路。
2.1 MCU的选型
本系统设计采用的是STC12C5A60S2单片机。STC12C5A60S2 在众多的51系列单片机中，算是国内STC 公司的1T增强系列中更具有竞争力的一种，因为他不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内具有Flash工艺的大容量程序存储器。如STC12C5A60S2单片机内部就自带高达60 K的 FlashROM，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写。而且STC系列单片机支持串口程序烧写。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可进行加密，很好地保护了用户的劳动成果。
2.2 温湿度传感器AM2301
DHT21数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT21传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。
2.3 光照传感器模块GY30
本系统采用新型单片测光芯片GY30模块，该模块的工作电压为3.3 V，内置了BH1750芯片，可以对广泛的亮度进行1勒克斯的高精度测定，实现了照明度（1～65 536勒克斯）数字值的直接输出。主控器通过I2C（Inter-Integrated Circuit） 通讯接口读取GY30采集到的数据，然后按照用户要求的形式通过界面将数据呈现出来。
2.4 ZigBee数据传输模块选型
本系统中所使用的ZigBee模块为某电子公司的无线模块，该无线模块在产品类型中分为三种：ZigBee（Coordinator-协调器）模块、ZigBee Router（路由器）模块、ZigBee End Device（终端设备）模块。 ZigBee能耗无线监测终端的硬件设计中，无线ZigBee模块（Router-路由器）的功能是以无线方式发送数据资料包，并寻找最适合的路由路径，当有其他终端节点加入时，其也可为其他终端节点分配地址。CC2530结合了领先的RF收发器的优良性能，其内部包含一个8051 CPU，且系统内可编程，其支持TI官方指定的IAR编译软件，并具备8 KB RAM，因此，CC2530是一个完整的SoC解决方案。通过其可以建立强大的无线传感器网络。
2.5 ST7920型12864液晶显示模块
为了在节约硬件资源的基础上可以得到更丰富的显示内容，并考虑到低功耗的要求，本系统设计中的显示电路采用ST7920型12864带字库的液晶显示模块。
3 室内环境质量无线监测系统软件设计
本节的主要内容是进行室内环境质量无线监测系统的软件设计，软件设计的核心为底层硬件温湿度传感器AM2301模块、光照传感器GY30模块、LCD12864液晶、串口通信等编写驱动程序，使得监测系统在上电后可以分别正常监测温湿度值、光照值的显示，及进行串口通信。室内环境质量无线监测系统主控程序流程图如图2所示。
图2 室内环境质量无线监测系统主控程序流程图
3.1 温湿度传感器AM2301驱动子程序设计
DATA数据线用于MCU与 AM2301之间的通信。四十比特完整的数据=十六比特的湿度数据值+十六比特的温度数据值+八比特校验和。例如，接收四十比特的数值，温湿度传感器AM2301的数据格式如图3所示。
图3 温湿度传感器AM2301的数据格式
空闲时总线为高电平，通讯开始MCU拉低总线1～10ms，然后释放总线，延时20～40 μs后主机开始检测响应信号。从机AM2301的响应信号是一个80 μs左右的低电平，随后从机在拉高总线80 μs左右代表即将进入数据传送。长的高电平代表的是信号1；短的高电平代表的是信号0。温湿度传感器AM2301数据传输的时序图如图4所示。
图4 温湿度传感器AM2301的数据传输时序图
3.2 光照传感器GY30驱动子程序设计
GY30与主控器之间的通讯使用I2C通讯协议。时钟线为高电平时，数据线由高电平向低电平变化表示开始信号；时钟线为高电平期间，数据线由低向高变化表示结束信号。I2C通讯协议的起始信号与终止信号时序图如图5所示。
图5 I2C通讯协议的起始信号与终止信号时序图
3.3 串口通信子程序设计
上位机对单片机所存储的数据的读取是通过USART实现的。由于单片机内部集成有USART模块，因此MCU只需要连接MAX232芯片，就能和PC通信。首先，单片机要设置异步通信的比特率数据位、停止位、校验方式等，最后才打开中断。在本系统中，异步串口通讯模块比特率设置为9 600，通信模式采用模式l，即每次发送的有效数据为8位，另加一位停止位。串口通信的软件设计流程图如图6所示。
4 结 语
本文针对室内环境质量的关键问题，基于物联网技术，采用无线数据采集与传输等先进信息技术手段，准确采集室内环境质量数据，使实验室室内环境质量在计量、采集、统计方面更加完善，同时确保实验室的正常、高效、健康、稳定地运行。管理人员只需要通过网络就可以了解实验室环境的实际情况，从而极大地减轻对实验室的管理工作，实现实验室的科学管理。
图6 串口通信的软件设计流程图
参考文献
[1]叶剑军，叶倩，李景广，等.室内环境自动监测系统的数据分析研究[J].绿色建筑，2010（2）：43-47.
[2]颜丽娜，王顺忠，张铁民.基于DHT11温湿度测控系统的设计[J].海南师范大学学报（自然科学版），2013，26（4）：397-399.
[3]蒋正金.基于单片机的无线温/湿度采集与控制系统[J].现代电子技术，2012，35（17）：126-129.
南京中医药大学本科生导师制已开展多年，取得良好成效[1]。导师制即导师(青年教师为主)对少数学有余力的学生进行个别指导的教育模式,目标是以问题为中心,培养学生独立分析问题和解决问题的能力。随着本科生导师逐步展开，培养既有理论基础又有实践能力,且富有创新精神的医学生,是药理学实验教学改革的目标。因此改革实验教学,变被动为主动,激发学生的科研兴趣,提高学生的科研素质及创新能力。
1 自由选题、自主实验设计和可行性论证[2]
自主选题阶段要充分发挥本科生导师培养对象的学生带头和辐射作用。以本科生导师为课题组长，分别带领自己的实验小组进行选题。在充分尊重学生的主体意识的同时可以建议导师的科研与教学的相互渗透。学生可根据自身的需求或兴趣选择实验项目，期间可以和导师反复论证。由于导师在专业领域学有所长,指导的学生数量有限,导师有时间和精力对学生进行个体化的指导,发现和挖掘学生的潜质,对学生的全面发展提出建议并给予帮助。学生在与导师的直接交流和参与导师的医疗科研工作的过程中培养临床思维能力和创新意识,在导师人格魅力的熏陶下养成严谨求实的工作作风、精诚合作的协作精神,良好的职业道德和强烈的社会责任感。这种科研的思维对其他同学能发挥辐射作用。
自主设计和可行性论证阶段，以实验小组为单位,查阅文献资料,小组内讨论,设计出具有科学性、逻辑性和探索性的实验,解决在理论学习或生活中发现的疑点或感兴趣的问题。各小组交上设计方案后,由教师组织学生讨论,由学生当老师向同学讲述实验理论知识、实验的步骤及注意事项等,充分发挥学生的主观能动性。每组由1位同学主讲,其他同学补充。
通过这种研讨会的形式，找出设计中存在的问题,并引导、启发,由学生提出解决的方案或回答疑问,最终提出完整的设计方案。可行性论证引入竞争机制，只有50％的选题最终立题。这样就极大地调动了学生参与实验的积极性和创造性。讨论完成后,学生提供书面实验设计方案。对于实验设计中实验室不具备仪器、药品,教师应和实验准备人员进行沟通,联系购买或借用,若仍有困难时,应向学生解释并建议其更改方法或实验题目。
2 预实验、实验方案的调整与修正
预实验在正式实验前,应安排相关学生按照其设计方案进行预实验,以验证其设计方案的可行性和发现一些以前没有想到的问题,并促使其提出解决方法,完善、修正实验设计,为正式实验奠定良好的基础。在此过程中,学生发现、分析、解决问题的能力提升,也加深对整个实验领域的系统认识,而且学到对学科各个知识点的联系,归纳综合的方法。在本导生自主设计的“抗晕动症的实验”中，就根据现有仪器设备对转棒进行改造，明显提高了实验效率。
3 实验操作、结果统计分析、撰写论文和论文答辩[3-4]
让学生自己动手实施他们的实验设计,这样每个学生都要有机会动手受到训练;也培养了团队精神。提示要培养学生细致观察并记录的习惯。实验结束后,数据整理,根据实验结果写出实验报告和研究论文。论文最后以答辩的方式进行,由指导教师、导师及其他同学组成的答辩委员会对实验过程和实验结果进行提问。通过这一阶段的训练,使学生对论文的撰写和答辩过程有进一步的了解。
4 成绩评定
根据实验设计方案、实验操作、论文和答辩情况对学生进行评分。改革原来的实验课比例，由原来的30%增加到50%。各小组内的组成人员根据其每项的表现区别评分。这样,明显地提高学生学习的积极性,避免考试时的侥幸心理。与此同时,锻炼了学生动手能力,加强理论与实践的结合,强化基本功能训练。
5 实验改革的体会和思考
苏联教育家巴班斯基认为:“教学过程不仅需要教师的活动,而且需要学生的活动。如果学生没有在一定程度上自己组织这种活动,教学最优化是不可思议的。”因此课程改革关键是教学模式的革新，对传统验证性教学为阶梯型教学模式[2]。从形式上看，以本导学生为主体的开放性实验既是传统实验教学在时间与空间上的延伸，也是其在内涵上的提升，具有十分显著的作用，得到学校的高度重视。这种实验教学体系的改革也取得了良好的教学效果。吸引了大量学生参与教师的科学研究工作，培养学生科学研究的兴趣和能力，对本校本科生导师制的实施起到了相辅相成的作用。但在实施中还有许多需要改进的地方。如需要进一步完善实验室条件，适量地增加科研经费,改进某些实验仪器和设备。另外老师的积极性需要进一步调动，药理实验有一定的时限性，需要延长实验室开放时间,那么老师的工作时间要很大程度的延长。
总之，在实施开放性实验的过程中，应强调学生的主体作用，为学生提供一个大胆思维、激发他们潜在创造天赋的环境。同时对学生开放性实验要与日常实验教学、科研工作以及学生课外科技活动相结合，并逐步发散到所有有兴趣的同学。这在一定程度上弥补传统验证性实验的缺陷,在实验中培养学生的新药研制和实践能力,为后续的毕业设计及走上工作岗位后能卓有成效地开展工作奠定基础,使实验回到创新开拓研究的目标中去。
参考文献
［1］ 吴勉华,黄桂成.试论本科生导师制与中医药创新人才的培养.西北医学教育,2003，11(3):176-177.
［2］ 刘乐江,伍三妹.改革传统教学模式,构建新型药理实验教学体系.中国实用医药，2007,2(18):116-117.
［3］ 李红枝，陈伟强.加强实验教学改革不断提高学生的综合素质.中国实用医药，2008,3(6):138-139.
笔者认为，在实际教学中，增加一定数量的设计性实验是十分必要的。
一、设计性实验的涵义及相关理念
1、设计性实验的程序
物理设计性实验要求学生灵活、综合地运用所学的物理以及相关学科的知识和技能，完成如下的程序。一是准备、设计阶段：查阅资料，设计实验方案，选配实验仪器，拟定实验步骤；二是实验阶段：正确调节和使用仪器，观察现象，测量数据，思考和分析问题；三是小结阶段：可以以课题论文形式提交实验结果，也可以进行口头形式的交流讨论。
2、设计性实验选题的原则
设计性实验选题的原则，一般不要求突出实验内容的复杂性，课题只给出实验目的和要求，由学生根据目的要求去查阅资料，独立制定实验方案，提出分析、解决问题的设想，然后在教师的指导下独立去解决，最后写出实验报告。
3、设计性实验分类
从形式上可分为两种类型：第一，给定某种仪器设备，要求完成某一物理量的测定或某一物理现象的观察研究，如《平抛物体运动》中的“用尺测量玩具手枪子弹射出时的速度”。第二，只提测量要求，不限实验方法和所用仪器，完成某一物理量的测量任务。
从内容上可以分为三种类型：第一，测量某一物理量的课题；第二，探讨研究和应用的课题；第三，研究测量方法的课题，要求设计一种实用的方法。
二、教学案例
设计实验课题：重力加速度的测定。
1、课题的提出
重力加速度是物理学中最重要的常数之一，它在高中的物理学习章节里大量频繁出现，其数值的测定方法很多，有些方法在物理学发展史乃至在科学史上有重要的价值。请同学们根据所学知识以及了解的知识设计一种可行的实验方案。
2、设计实验的要求
（1）学生分为若干实验小组，根据所学知识作为实验原理，可以找到多种测量方法，但至少要选择一种以上你认为切实可行的实验，进行具体详尽的方案设计，包含确定实验原理、选配实验器材、拟定实验步骤、提示重要操作事项等。
（2）正确调节和使用仪器，观察现象，测量数据，思考和分析问题。
（3）提交实验结果，对所设计方案在实验中出现偏差或误差的原因进行分析，注意实验的可行性和实验价值的分析评估。
3、设计实验的互动
（1）从方案设计到实验过程到总结，学生以自主完成为主，疑惑较大时，师生间可以讨论，教师可给予适当指导。
（2）开放实验室，实验室可以为学生提供较熟悉的一些仪器，如秒表、光电计时装置、打点计时器、电火花计时器、单摆装置等。
4、设计实验的思考
（1）对各小组的设计方案及实验结果进行对比分析，从实验的新颖性、可行性、实用性、先进性以及设计方法的价值等方面作对比，相互间作出评价。
（2）查阅资料，了解一种比较精确的测定重力加速度的方法――凯特摆测量法，思考其设计思想在科学史上有何重要价值。
三、教学思考
1、本案例课题极富开放性和挑战性
设计方案时，要求学生提出尽可能多的设想，再根据时间和条件，实践一、二种方案，有的实验无条件进行，也可以提出各种新的设想，这是创新思维训练的有效模式。由于课题较熟悉，要设计一个方案并不难，难就难在设计一个好方案，好方案就好在测量方法新颖、准确可行上。
2、设计中的反思促使创新意识转化为创新能力
[关键词] 农产品 质检站 实验室建设
[中图分类号] F304 [文献标识码] A [文章编号] 1003-1650 （2014）03-0007-01
县级农产品质检站在检验农产品质量安全方面起到重要作用，凭借政府手段的优势，强化基层农产品质量安全管理工作，同时为政府开展相关工作提供了技术支持与技术决策；对提高基层农产品质量，保障食品安全，起到积极作用。质检站工作的开展，主要以常规性检测、现场快速检测为主，能够深入基层指导农业生产，为农业生产者、农产品消费者提供服务；结合本县城或者本区域的产品特征，组织实施具有公益性质的农业生产活动，为构建农产品生产基地、家庭农场等提供保障。
我县农业检测中心成立于2002年，因前期资金有限，人员不足，局限于残留农药的快速检测工作；而在2011年，我县农业检测中心纳入到农业部的农产品质量安全检验检测体系建设中，成为中央预算内的投资计划项目，项目总投入资金306万元，装修面积372，通过改革和扩大，购买了一些先进的处理仪器，检测中心正式开始使用色谱、光谱、质谱等技术，进一步提升检测能力。现将项目的管理和实施过程总结如下，供同行参考。
一、立项
项目申报及审批该项目作为中央预算内投资项目。在整个项目实施过程中，应遵循严格化、规范化原则，满足立项审批的要求，同时出具可行性研究报告、初步设计方案等，更好地满足各个程序要求，按章办事。
二、项目实施
1. 质检站合理化设计。实验室的合理设计及优化布局，是确保检测室建设符合规范的重要前提。因此，在编制可行性报告并提出初步设计方案之前，必须综合考虑当地农业生产的实际情况，与农业检测工作相结合，根据《县级农产品质量安全监督检测机构建设标准》（NY/T2245-2012）的基本要求，精心规划质检站设计方案，在批复之前发现其中可能存在的问题并及时处理。
2. 由于我县的农产品质检站是对原办公区域及展示厅进行拆除后进行改建，其建设主要包括以下两方面内容：
2.1基础建设。基础建设包括原办公区域及展示厅拆除清理、水电安装、通风系统安装、实验室的装修等；其中基础装修包括了重新划分实验区域，对地面、墙面等进行装饰处理、安装窗帘；另外，为了满足基本的农产品检验要求，还设置了无机前处理室、有机前处理室、天平室、消化室、高温室、速测室、光谱室、色谱室、供气室、药品室、样品接收室、档案室、培训室、监控室等功能室。根据不同实验室的功能和实际需要，确定摆放的仪器设备型号及数量，合理分配功能面积。
水电安装：根据实验室的要求，确定用电设备的功率，同时也要考虑实验台的位置、通风柜的高度等，合理布线；对于重大仪器设备如气质联用仪、原子吸收等，必须配置备用电源，以防突然停电给仪器设备造成损坏等。此外，水龙头、插座、开关、照明等数量和位置要视具体情况而定，插座、网口最好安装在实验室台柜之上。
通风系统安装：如果实验室在顶层，则最好是直接，事先设计好排风口的位置及数量，做好防漏措施。如果在楼层中间，则要设计好侧排的位置和室内通风管道的连接，及事后检修口的位置。
2.2 根据县级质检站的建设要求，应该做好项目竣工的验收工作，确保实施过程与国家规定和法律相一致。
前期管理。前期充足准备是项目实施成功的重要保证。大多项目实施，往往前期准备不足，导致项目进展缓慢，甚至停滞。质检站项目的前期准备工作主要包括以下内容：①落实上级批复的文件要求，确保资金落实到位；②绘制装修图纸，严格按照图纸要求开展施工；③定制施工预算并报相关部门审核。
工程管理。根据我国招标法的规定，如果装修工程项目的资金超过50万元以上，必须实施公开招标模式；在招标进行中，应设置一名负责人，与招投标中心、采购办、交管办、施工单位和监理单位联系，确保在施工前，各项手续齐备如施工许可证等，才能开工。做好施工过程的质量控制与监督管理工作，及时发现施工中存在的问题并采取处理措施；对于施工中的变更需做好会审，取得各方同意后方可实施；工程结束后组织相关单位验收，编制工程结算报告并送财政等部门审核。
采购管理：按照政府采购相关规定，以公开招标的形式采购仪器设备，招标活动可由政府采购办组织，也可委托招投标公司组织。至于空调、检测车、电缆等采购，根据政府采购相关规定，适当选用采购方式进行采购。
合同管理：所有建设项目的实施，应该注意合同的规范作用；其中包括施工合同、监理合同及设备采购合同等，这也是竣工后变更与赔偿的重要依据。
三、项目竣工并投入使用之前，需要根据施工过程的实际情况撰写竣工报告，要求审计部门出具专业的审计报告，完成项目决算以及初步验收工作，向上级部门申请项目验收。
四、由于县级产品质检站的特殊性，其建设的内容多、要求高、时间紧，在整个项目运行过程中，注意与与发改委、财政、环保、质监、农办、招投标中心等部门建立良好沟通，在确保各项程序到位及自身安全的同时，顺利完成项目建设。
参考文献
[1] 陈石榕.浅议县级农产品质检站建设[J].农业质量标准.2008（01）.
[2] 张欢，章增强，陈月丹.浅谈县级农产品质检站建设项目的实施与管理[J].安徽农学通报（上半月刊）.2011（11）.
[3] 张丽华，徐剑.县级农产品质检站实验室建设探讨[J].现代农业科技.2010（24）
[4] 高月明，黄丽，陈劲星.县级农产品质检站实验室内部设计探讨[J].农产品质量与安全.2011 （05）
电子信息类专业学生有课堂教学与实验教学的优势，但并不是电子信息专业的学生都能成为电子信息领域的创新人才，这是不争的事实。要想在本专业领域真正成为“综合型、设计型、创新型”人才还需要在课外学习、兴趣制作、科学研究等方面继续努力。随着电子技术的发展，目前电子信息领域很宽，相关专业知识很多，课堂教学的知识不可能包罗万象，也不可能将每一个知识点都讲透，更不可能满足每一个学生的兴趣要求。每一位教师都可以引导部分学生参与到自己的研究领域，培养其兴趣、使其成长成才。学生获取知识的渠道很多，比如学术报告、图书资料、网络资料、朋友交流等都是获取现代电子技术知识的途径。专业方向的兴趣往往产生于某一瞬间，如果持之以恒地探索就可能成为这一技术领域的杰出人才。学术报告可以让学生尽早接触到学术前沿，一些学生在获得某种启示后会朝着某个领域钻研。学术报告常常要有计划、有步骤地进行，并且由于聘请的报告人可能是校外专家，这就涉及到报告场地、必要的经费开支等问题。电子技术是一门实践科学，没有实物作品及测试指标就谈不上真正成功［2］。开放式实验要求实验室开放并要有必要的元件材料，遇到难题还要请专家咨询、指导，这些都需要经费保障，否则是不可能持久的。
让电子爱好者有个性发挥的场所
非电子学科的学生也可能成为电子行业的专家。我们都知道，选择上大学的学校、学科、专业等有偶然性和客观条件，但一些人确有从事电子技术的兴趣，还有自学电路理论的能力，他们是电子爱好者、电子发烧友，如果学校提供一些便利条件，他们完全可能成为电子技术的“奇才”。电子爱好者可以通过看书、旁听课、网上视频课件、网友交流等途径学习电路理论、做仿真实验，可以通过兴趣制作等达到理论与实践的统一，甚至可以达到某些电子行业的专业水平。电子仿真实验结论与实践是有差距的，有时偏差还很大。比如用Multisim做仿真实验过程中，用发光二极管指示某实验电路的输出，当信号频率为1Hz时几乎看不见其闪烁（因亮、暗的时间都较长），而在1KHz时却表现为闪烁现象，其真实情况是在1Hz时发光二极管闪烁明显、1KHz时表现为亮，也就是说，仿真结果不合实际［2－5］。虽然仿真结论与系统的实际运行情况有差距，但也不能就此否定仿真实验方法。仿真结果可以让我们知道设计思路没有错、能够实现这个硬件系统。但是否可以实现该真实系统呢？那就需要到实验室实战，用真实元器件搭试电路、用仪器设备测量电路参数、进行数据分析并完成实验（实习）报告，做到理论与实践的统一。学校是造就英才的圣地，电子技术实验室应该给业余爱好者提供实验的条件，帮助其个性发挥。如今的电子技术实验已经不同于上世纪60～70年代做矿石收音机、电子管收音机、晶体管收音机等实验。“单级放大器”是电子技术最简单、最基础、最必须的单元电路实验，要做这个硬件实验除必要的电子元件、实验板之外，还必须提供稳压电源、信号源、毫伏表、示波器、万用表等实验设备。由此可见，实验室开放对业余电子爱好者成才的重要性。
开放式电子技术教学方案
专题讲座可以聘请校内专家报告其学术研究领域内的研究成果，对学生进行启发，激发学生的创造性思维和电子制作兴趣，一年应该有3～5场，每场2～3学时，给专家计算10学时／场（含备课工作量）。请校外行业专家来做学术报告，让我们的师生了解新的行业信息，调整自己的研究方向，每年2～3场，要有计划、有步骤地安排。验证性实验主要通过多媒体仿真演示及计算机仿真实验完成，现在的实验室多数转制为综合性电子设计实验室［6－11］，并实行开放。开放式实验项目设置：验证性实验10％、综合性40％、设计性30％、研究性20％，其中验证性实验主要接待电子爱好者，他们的综合设计能力相对较弱，需要有知识层次承接，需要对实践能力循序渐进的培训过程。每一个开放式实验项目均设定学分，如果选做实验的学生取得相应学分，可以冲抵相关实验课程的学分。
完善开放式实验项目申报机制和管理
开放式实验项目由教师申报上网，要鼓励教师多申报实验项目，让学生有更多的选择空间。开放式实验项目是综合性、设计性的，属实践教学类。这类实验的项目设计、实验指导等均有一定的难度，可以是教师科研项目的子课题改编，也可以结合生产实际编撰设置。这类实验项目比理论验证性实验涉及到的知识面广、内容多，但比研究性项目小，每个项目设置0．5～1个学分，8～18学时的教学内容。学生可以上网申请实验项目。项目达到相应的知识面和技术难度指标时，为0．5～1学分工作量，经导师审核通过后方可立题。难度较大、内容较多、知识面较广的项目，可以适当提高学分（需要由教学委员会评估）。教师可以通过网络方式提供多个项目供学生选做，每个项目在一学期内允许3～5名学生选做（学生人数较多时，适当扩大比例）；设计方案可以小组商讨，但作品必须各自独立完成。若有学生选做某个项目，并在教师指导下完成实验，即给相应的指导教师计算对应的工作量（选做人数多，应适当提高计算当量）。
原则上学生可以随时申请预约做开放式实验，不限专业、不限实验场地和实验时间。开放式实验项目的设计与制作可以在实验室及其他可操作的环境完成，设计报告在网上提交。建设学生自主管理的实验室，对研究成果优秀的学生奖励3～5个学分。学生实验的成绩70％由导师根据设计方案、实验情况、作品指标等给予评定；30％由教学委员会组织专家根据其提交的设计报告，审查其设计方案、技术指标、行文格式规范等给予评定。开放式实验不同于研究性实验项目，研究性实验项目是有专项经费资助的，开放式实验项目要由实验室运行费用来支付。开放式实验非常规实验，仅有题目、要求、简单原理介绍，具体方案由学生依据自己的知识层次、技术能力、解决方法来决定。所用器材随题目而定，没有计划预计清单，这无疑增加了管理难度。我们的做法是根据供备选的实验项目可能用到的元器件和可能选做的人数上线预备购置，让学生选择该项目时有元器件提供。
这种方式在短时间看，可能有器件富裕（浪费），长期来说是不可能多余的。以某一项目为例，假设需要PIC单片机、锁存器、晶体管、电阻、电容等，该项目需用经费约80．00元；如果该项目还可选用核心芯片为CPLD，元器件成本也为80．00元，以10名学生选作计算，那这一项目的2种方案大约需用经费0．16万元，也就是说，如果有25个备选实验，每个项目按2种方案计算，需要启动4万元的实验经费。事实上每个项目都有多种方案，我们只能根据实验运行可能用到的材料来购置适当类型、数量的元材料以备用，启动投资至少扩大5倍，照这样推算该实验室开放式实验计划经费需要20万元。开放式实验通常要求焊接，元器件回收率很低，按10％～20％损耗率计算，每一年也需用2～4万元的元器件补充。#p#分页标题#e#
调动导师及实验技术人员的积极性
（1）关于综合性实验项目。综合性实验项目的一部分可以来源于传统实验项目，由于电子技术发展很快，范围很广，这远远不能满足学生知识渴求的实际需要［12－13］。开发新的实验项目需要鼓励教师研究与实践，而相应的工作如查阅资料、做实验、做资料编辑等要投入时间、精力，还要消耗资源（元件材料等），为此，新实验项目可以通过科研立项的方式，给予适当的经费资助，鼓励教师及实验技术人员去完成。（2）实验运行。在一个学期内同一项目限选人数不超过5人、一位教师指导实验项目不超过5个，同时给指导教师和实验技术人员计算项目相应工作量。
分析化学实验课是大学化学、化工、应用化学及与化学相关各专业的一门基础课程,它在将一个普通的大学生培养成为化学工作者的过程中起到了承启起后的作用[1]。分析化学实验课应致力于在理论与实践、学与用、知识与能力之间为学生搭建一个桥梁,使之成为一个培养学生形成创造性科学思维和综合应用知识能力的载体。在分析化学实验中开设“设计性实验”,正是在这种共识的基础上所采取的重要措施[2]。国内多所高校在分析化学实验中都不同程度地引入了“设计性实验”,近年出版的分析化学实验教材中几乎都可以看到设计实验的内容。2000年始,我们分析化学教研组开始了“设计性实验”教学的探讨。2004年,我们将这一教学形式写进教学大纲,在全校所有开设分析化学实验课的专业推广,获得了良好的教学效果。十几年里,我们在教学实践中对“设计性实验”的教学进行了全方位的研究并使其逐步完善。现将我们的工作介绍给大家并愿意与同行们商榷。
1逐步完善“设计性实验”课程运行模式
按照最初的课程设计,学生在完成了分析化学实验基本技术训练和验证性实验的基础上,进入“设计性实验”阶段。我们精选了115个实验题目并按其难度分为三级,设计了循序渐进、由浅入深的“3步走”的实施模式。以化学专业为例:第1步,学生在一级实验题目(共10个)中选择一个实验,独立完成实验方案的设计,经指导教师批准后,提出所需试剂和备品,由实验室负责备齐,于规定时间内完成实验。一级实验题目难度不大,一般为单一组分的实际样品分析。目的是通过这一实验,使学生有机会对实际的分析工作有系统的了解。由于可能多人共题,大家可以相互讨论、互相借鉴,在讨论、模仿和借鉴之中,完成自己的实验任务。实验结束后,要求学生对自己的工作进行评价,讨论得失,总结经验。第2步:学生可在二级实验题目(共12个)中选择一个实验,限定每题不超过4人,要求同题者应使用不同的测定方法完成实验,但可以共同讨论解决实验中出现的问题。二级实验题目皆为混合物分析内容,学生需要从查阅资料入手,弄清实验理论和干扰情况后设计出实验方案。由于共题人数减少了,需要独立思考的内容多了,实验难度增加了。当学生全部完成实验后,教师会通告试样的相对真值,要求学生运用数理统计方法对实验结果作出客观评价,并分析产生误差的原因。此实验完成之后,学生对分析实验的认识有了提高,基本掌握了解决一般分析问题的思路和方法。第3步是独立设计实验,具有考核性质,要求学生独立完成。内容则以学生前期知识储备为基础,涉及定性分析、定量化学分析中的任何一种方法。三级题共93个,分为A、B、C、D4个档次,依AD的顺序难度增加。其中A:20题、B:25题、C:36题、D:12题,学生可在三级实验题目中任选其一。选题后,学生通过2~3周准备时间,查阅资料、设计实验方案、与指导教师讨论实验方案的可行性,获得批准后进入实验室。此阶段实验室对学生全面开放,学生可根据自己的情况预约实验时间、可以申请使用实验室所有的设备与试剂,指导教师与实验教辅人员随时会给学生必要的帮助。为了让学生能有更大的收获,我们还建立了讨论制度,在每个工作日,都会利用1h左右的时间,教师带领全体同学对1天的工作进行总结。此时,学生可将自己在实验中遇到的问题、困难提出请求帮助,也可以将自己的经验和收获与同学们分享,同学和指导教师可提出自己的意见供参考。实验结束后1周内,学生应上交实验报告,由指导教师根据学生的综合表现评出其设计实验得分,并单独计入学生实验课总成绩。我们也鼓励学生对自己感兴趣的分析问题自命题,但要由教师考证难易程度后确定难度等级。设计实验有效激发了学生的学习兴趣和欲望,提高了学生运用知识和独立解决问题的能力,对提高教与学的质量都有很好的促进作用。我们的初步实践收到了良好的效果。同时,问题也突显出来了,主要为:①独立设计实验阶段,虽然我们考虑到学生的兴趣、知识基础、实验技术和能力等多方面的差异,设立了A、B、C、D4个档次的预选题目,但由于大二年级的学生正处于学习任务较繁重的阶段,学生时间投入有限,加之有的学生对成绩的期待值不符合自身能力(各档次题目得分不同),有部分同学需要超时完成,个别学生甚至不能完成实验任务或实验结果与相对真值差距较大。②指导教师在大约1个月的时间里每天要在实验室巡视和指导不同的实验,工作强度大。实验室与教辅人员要一直和学生同步运转,工作时间和强度都远超负荷。③1人1题的设计实验太过强调了学生完成实验的独立性,部分学生在这种“孤立无援”的境地里会过多的依靠教师,学生体会不到探索带来的乐趣,甚至盼望着快点完成实验胜利大逃亡。这在本质上并没有解决如何启迪学生科学思维和创新意识的问题,而“疲劳工作”甚至使个别学生“害怕”实验,与我们建立这一教学模式的初衷相距甚远。④由于教学计划的调整,各专业用于设计性实验仅有12~16学时,无法完成“3步走”的模式。这些问题不解决,教学模式再好,也只能是纸上的“研究成果”,无法推广应用。2008年,我们再次对学生设计实验题目进行了考察和精简。通过筛选,确定了51个以学生前期知识储备为基础、具有一定探索性的设计实验题目,同时,根据实际应用特点增加了对分析结果评价的要求。据其难度划分A、B、C3级,规定学生可2~3人同选一题。将原来的3步走变为一步到位,使学生完成实验的时间有了保证。为了弥补减少了前2步带来的缺陷,我们加强了经典实验教学中的讨论。为促使学生主动学习和教学中的师生互动,自编了讨论式分析实验教学的电子课件,有计划地将解决实际分析问题的方法、步骤等渗透到验证性实验的教学中,如查阅文献资料、实验方案的形成、试样的制备、前处理、分析结果的评价等。在开学初开设“设计实验知识讲座”,使学生明确设计性实验的性质、要求、选题须知等,并以教师的经验和具体分析案例启发学生进行实验方案的设计。由于给学生考量的时间较充裕,学生可以通过查找资料,阅读教材,参考实验讲义,根据自己的情况较合理地确定选题;还可在继续进行的验证性实验中积累经验、和同伴交流、与指导教师讨论,使得实验前的准备工作更充分。由于学生能够较准确的提出所需备品,实验室也有了足够的时间做准备,实验室人员也轻松了许多。学生进入实验室后,工作更有秩序,遇到问题相互交流意见,共同探讨解决途径,实验室内气氛紧张、严肃、和谐,秩序井然。由于增加了对分析结果考察的内容,使学生真正从传统的验证实验走进了实际分析工作。过去是做完实验的学生追着老师问自己的分析结果是否合理,现在是学生自信的向老师汇报自己的工作已圆满结束。学生对这样的实验课表现了高度的热情,只要是有空闲时间,就会主动到实验室来,实验室成了学生展示自己能力的舞台。特别是一些原来成绩不好甚至不太认真学习的同学,为了能在实验小组里起到一定的作用,会认真读书,积极参与解决问题,这也许是最让我们有成就感的结果。实验结束后,大多数学生表示希望后续课程也有这样做实验的机会,有的同学甚至对分析实验室恋恋不舍,认为这里是他“发现自己”的地方,我们开展设计性实验的目的初步实现了。2个教学年度的实践结果让我们充分认识到:大学课程在传授知识的同时更应注重培养学生的学习能力、解决问题的能力、交流能力、团队合作能力和创新能力[3]。这些能力不是逼出来的,是学生在具有相应氛围的文化环境中“悟”出来的。我们应该在实验教学中为学生营造一个有科学研究气氛的学习环境,为学生提供更多的创新机会,锻炼学生的创新行为,激发学生参与创新的意识和热情,培养他们的团队协作精神以及创新所需要的顽强的意志品质和持之以恒的精神。实践让我们真正的认识到“教学内容和教学形式是实现教学目标的基础”,要使设计性实验教学的设想转变为学生能力的提高,首先要求教师对自己所坚持的教学理念要有足够的理解;其次是教学内容和形式要符合教学理念;最后还要有“以学生为本”的教学管理方式。现在,学院领导特别为我们增添了2台微机,除了处理实验数据外,学生在实验中遇到问题可以随时上网查询。这增强了实验室的研究性氛围,使得学生对设计性实验的参与热情更高了,实验的成功率大幅度提高。不仅如此,从学生实验过程中所表现出的主动学习、积极工作、团结合作、认真求实的精神,克服困难、坚持到底的良好品德、对新知识的追求和创造的热情中,我们感受到了改变传统的教学模式与方法的重要性和“设计性实验”的魅力。
2整理编撰“设计性实验”教师参考资料库
在实践中我们体会到,如何开展“设计性实验”的教学,怎样使得“设计性实验”在分析化学实验的教学中真正开展起来,并非仅仅在教学计划中添几个设计性实验题目那么简单。无须讳言,“设计性实验”教学的操作难度较大,是否开设“设计性实验”,与学校的教学硬件、有关教学管理部门重视程度有关,而能否开出“设计性实验”,取决于实验授课教师的个人能力、敬业精神和实验教辅人员的合作精神等多种因素。“设计性实验”题目随机多样,缺乏相应的教学指导性材料,学生提出的解决问题的方法可能超出教师的原有知识积累等因素,对教师个人能力的要求很高。即便是经验丰富的教师,也需要足够的精力投入才能及时发现学生实验中存在的问题并给予恰当的指导。一个对分析化学理论理解不够深入和缺乏教学投入及科学研究经验的教师是无法胜任这种教学形式的。为此,我们在完成本课题的过程中,及时总结,归纳整理了近几年来对实验题目的考察结果和学生的实验记录,整理编撰了教师用“设计性实验”教学参考资料库和“学生设计性实验”档案。任课教师可根据学生和教学条件等差异,在预选题库中选用适当的“设计性实验”题目,同时可以参考教师教学资料库提供的资料和建议指导学生。教辅人员也可以从资料库中了解所需备品的详细情况等等,为设计性实验课的顺利完成提供了很好的支持。
3建立学生成绩考评标准
在教学活动中,学生成绩的考评标准是不可或缺的。在我们的教学模式中,设计性实验成绩占25%。正确评估学生在设计性实验中的工作对教师的工作经验和工作能力都提出了比传统教学方法更高的要求。这是设计性实验题目的多样性、实验的多途径等特点决定的。因此,如何评价学生的工作是项艰难的任务。经过反复研究,我们确定衡量学生完成设计性实验的质量标准是:①设计方案的合理性。体现在学生设计方案中原理的正确性、知识的综合运用程度、实验方案的可行性。②个人在完成实验中的贡献。由于实验可以小组的形式进行,对每
