实验设计方案大全11篇

绪论：写作既是个人情感的抒发，也是对学术真理的探索，欢迎阅读由发表云整理的11篇实验设计方案范文，希望它们能为您的写作提供参考和启发。

篇（1）

扩束原理 激光是点光源，但它垂直经过圆柱形细玻璃棒之后，由于折射就变成了线性方向垂直玻璃棒的线光源。让激光平行于底板且使线性方向垂直底板入射，就能显示光的路径。如图1所示，光垂直全反射棱镜的斜边入射的情景；如图2所示，光垂直全反射棱镜的直角边入射的情景。

丁达尔原理 在“弯曲的有机玻璃棒能导光”实验中，由于横截面是圆，上述扩束原理无效。笔者利用胶体的丁达尔现象，在弯曲的有机玻璃管中注入折射率较大的胶体封装，用高亮绿激光入射，让学生看到了清晰的全反射光路，如图3所示。

2 原创实验

全反射的产生条件是本课的重点。但国内过去各种版本的教材以及现行新课程各种版本的教材都没有设计专门的实验进行研究，都是借用引入全反射概念的半圆形玻璃砖实验进行分析。为了突出本课的重点，笔者设计了一个专门的实验进行产生条件的演示，强化了学生对全反射产生条件的认识，收到了很好的教学效果。

制作的材料 玻璃棒（摩擦起电用的玻棒）、激光笔（带支座）、甘油、胶头滴管、大泡沫板、铁架台（附铁夹）、一头有螺丝的短铁棒。

制作与使用 用铁架台上的铁夹将玻璃棒倾斜向下固定；用万向夹将一端有螺纹的短铁棒固定在铁架台上端，在短铁棒的另一端通过螺母使大泡沫板与玻璃棒成45°竖直固定；利用万向支座将激光笔倾斜向上固定。打开激光笔电源开关，将一束激光从玻璃棒的横截面倾斜入射，如图4所示，观察到泡沫板上只是玻璃棒的一端有明亮的光斑，其他地方无光，说明光在玻璃与空气的界面发生全反射。用胶头滴管吸少许甘油，滴在玻璃棒侧面的入射点上，立即观察到原亮斑的上方有大面积的光出现，并且原亮斑的亮度有所降低，如图5所示，说明光泄漏了，让学生思考是全反射的什么条件不满足。

原理与解释 如图6所示，光射到玻璃棒侧面时，同时满足全反射的两个条件：①光密介质进入光疏介质；②入射角大于临界角，所以发生全反射。当一滴甘油滴上时，我们知道，甘油的折射率和石英玻璃是一样的，光由玻璃进入甘油时方向不变，但甘油粘滞性使它形成暂时凸起，从而使光由甘油进入空气的入射角小于临界角，而折射进入空气中，不满足全反射的第二个条件，如图7所示。

3 “变脸魔术”实验

关于全反射棱镜，新课程各版本教材以及历届教材中在这块设计的实验不多，这使得学生对全反射棱镜及其应用的认识不够，印象不深。为此，笔者在本课中设计了一个“变脸魔术”实验，创新了实验教学模式。学生兴致盎然地观看魔术，动脑动手地揭秘魔术，不知不觉地加深对全反射棱镜的认识。

原理 如图8所示，透明有机玻璃制成的立方体容器，被两块有机玻璃沿对角线隔成两等腰直角三角形截面的容器，平面镜平行隔板放置。当两容器盛水而隔层不盛水时形成两等腰直角形截面的棱镜，即全反射棱镜。如图8所示，在观看位置的对面贴上蓝脸，侧面贴上红脸时，红脸经左棱镜全反射出现在观看位置的左侧，蓝脸经右棱镜全反射又经平面镜反射出现在观看位置的右侧。当隔层间也盛水时，就不形成全反射棱镜，蓝脸经水、有机玻璃折射后直接被看到而出现在左侧，红脸经水、有机玻璃折射、经平面镜反射被看到而出现在右侧，如图9所示。这样，观看位置的左侧由红脸变成蓝脸，右侧由蓝脸变成红脸。当隔层间的水通过下方的注射器缓慢注入时，以上变脸是个渐变过程，非常生动有趣，具有魔术般的效果。

制作 选取3 mm厚的透明有机玻璃（太薄隔板易变形，太厚没有必要）按如图10、图11所示的尺寸切割、粘合。粘合时一定要保证45°和90°角的精准，否则影响实验效果。如图11所示，容器底部安装两50 ml的一次性注射器；如图10所示，隔层底部打两小孔；通过软管连接小孔与注射器。选取两合适大小的胸牌，刚好能插入或拔出蓝、红脸为宜，把胸牌用双面胶粘贴在观看位置的对面和侧面，制作完成。

使用 第一步：注水，在两等腰直角形截面的容器内注满水；第二步：上蓝脸，在观看位置的对面胸牌中插入蓝脸；第三步：上红脸，在观看位置的侧面胸牌中插入红脸；第四步：插卡，将一不透光的塑料卡片插入隔层之间，发现卡的插入，并不挡住任何图片脸，随后拔出卡；第五步：变脸，见证奇迹的时候，通过下方注射器向隔层注水，随着隔层水位升高，变脸逐渐进行，当水位相平时，变脸完成。如图12变脸前，如图13变脸中，如图14变脸后。

4 系列趣味实验

全反射是一种光的自然现象，我们周围有许许多多的全反射现象，就看能否发现它。于是在课堂上开展发现全反射的竞赛活动，创新了实验教学的组织方式和教学模式。在各小组桌面均提供了6个教材上没有的自制教具实验。它们是：豆子神秘消失；水中气泡更明亮；神秘汤勺；自行车尾灯明亮；水流导光；塑料光纤。通过课堂竞赛活动的开展，学生的积极性充分地调动起来，一些同学的成功发现，启发着更多同学的积极思考，越来越多的发现方案设计出来，同学们的发现潜能得到了充分的释放。

5 “海市蜃楼”实验

海市蜃楼是自然奇观，可遇而不可求，在教室做海市蜃楼模拟实验，学生的积极性被充分调动。笔者用水和饱和食盐水的折射率不同而形成扩散层模拟了自然界中的海市蜃楼。学生兴致盎然地观看蜃景，笔者适时引入：为了揭秘海市蜃楼，我们今天来学光的全反射。

制作 将8 mm厚的玻璃做成长60 cm、宽30 cm、高50 cm的玻璃缸；将饱和食盐水倒入缸内至1/3深度，再加少许食盐搅拌，呈略过饱和状态；将长60 cm、宽30 cm烙满小孔的泡沫板放入缸内，浮在食盐水上；将略浸湿的白纸与泡沫板密贴，且与缸内壁密贴，形成“纸缸”；利用虹吸将清水注入“纸缸”中，清水的量为1/3深度，由于泡沫板密度小于水，泡沫板逐渐上升，清水慢慢渗入；静置、等待2～3小时（放置期间不可振动、晃动装置），可看到“分层”的液面即扩散层的形成，待达一定厚度即可进行实验；侧面用灯光照射被观察物体，如图15所示。在物体正对的一方观察即可看到蜃景，如图16所示。

一般原理 饱和食盐水的密度和折射率均比水大，当水和饱和食盐水“安静”地“碰”在一起时会引起扩散，扩散层的密度和折射率形成梯度化，模拟了海面上空气因温度的梯度变化而形成空气层的密度与折射率的梯度变化。如图17所示，物体发出的光线在扩散层不断折射，入射角越来越大，以致发生全反射，并返回扩散层又不断折射，最后进入眼睛，眼睛认为光是直线传播，逆着入眼光线“找”物而看到蜃景。用激光斜向上射入食盐水，如图18所示，弯曲的光路印证了以上的分析。

蜃景倒正

1）问题的提出。“海市蜃楼”实验的新发现：有的位置观察居然看到了倒立蜃景。因为现行教材和历届教材，凡是涉及海面上海市蜃景的描述都是正立的，原因都说是全反射。将这个问题融入这堂课，一则科学探究得到了深入，二则学生的科学态度得到了培养——敢于质疑。

2）倒立蜃景成因。根据前面的观察经验，又有利全班同学看到倒立蜃景的产生过程，笔者使用了投影仪的摄像头代替眼睛，降低摄像头位置，拖退物置，学生惊奇地发现，屏幕上出现了倒立蜃景，如图19所示。倒立蜃景如何形成？用激光笔检验，调整倾角，使这条激光射入摄像头，如图20所示。再看扩散层光路，问：有没有全反射？答：有。然后光路分析，如图21所示。结论：因为有全反射，所以蜃景倒立。

篇（2）

摘要：本文针对我校《网络防御技术》课程的实践环节，分析其具体实施中存在的主要问题，阐述本科生《网络防御技术》课程在实践

>> 面向海洋技术专业本科生培养的海洋遥感课程教改初探 《中药生物技术》本科生课程教学研究初探 本科生“计算机网络管理”课程的双语教学改革 对教育技术学本科生现行培养方案的分析 关于信息技术环境下本科生教学活动设计的思考 本科生沉迷网络游戏的案例分析及预防干预对策 以协议分析为导向的本科生网络管理能力培养模式 艺术类高校本科生网络行为的实证研究（上） 艺术类高校本科生网络行为的实证研究（下） 核工程与核技术专业本科生开展创新性实验培养模式 高职本科生网络平台建设 基于信息技术的本科生研究性创新能力的培养 医学本科生进行医学影像技术实习的意义 教育技术学本科生专业能力发展的创新思考 浅析信息技术对本科生教学活动的影响 教育技术本科生多媒体课件的ARCS评价研究 提高材料成型专业本科生CAE技术应用能力的措施 生物技术专业本科生导师制模式的探索 CFD技术应用于本科生“气体动力学”的探讨 浅谈培养本科生实验技能 常见问题解答 当前所在位置：l，2013.

基金项目：湖北省高等学校省级教学改革研究项目“面向物联网工程专业的网络管理与安全课程群建设”（编号：省2012273）；湖北省自然科学基金面上项目“基于P2P技术的网络安全协同管理机制研究”（编号：2012FFB00601）；湖北工业大学教学研究项目“RESTFUL Web服务环境下自主学习云系统的研究与实现”（编号：校2012015）

第一作者简介：徐慧，女，湖北工业大学计算机学院讲师，研究方向为网络与服务管理。

篇（3）

一、实验设计必需遵循科学性

实验设计的对象为制取物质或进行物质性质的实验，首先了解实验的原理，这就是设计必需遵循的科学性。

二、实验设计必需注意可行性

实验的设计必需考虑仪器的性能，所用材料的资源丰富，价廉易得，这就是实验的可行性。

三、实验设计的安全性

（1）点燃可燃气体（如H2、O2、CH4）或用CO、H2还原CuO、Fe2O3之前，要验纯，以防爆炸事故的发生。

（2）进行有毒气体（如CO、SO2、NO2）实验时，应在通风的环境中进行实验，并注意尾气的处理。CO要燃烧掉，SO2和NO2用碱溶液吸收，避免中毒。

（3）用加热法制取并用排水法收集气体时，要注意熄灭酒精灯与从水槽中移出导管的顺序，避免水的倒流使试管炸裂。

例2．（09年南昌中考题）在整理化学实验室时，发现一瓶失去标签的白色粉未，可能是碳酸钠，也可能是氢氧化钙。白色粉未是哪种物质呢？请你提出猜想，并设计实验进行探究。

解析：用NaCO3和Ca（OH）2在性质上的不同，设计实验方案，推测实验现象和结论。解题关键是找到和两种物质混合现象不同的同一试剂。

篇（4）

高考化学实验设计型题目所考查的内容主要有下面所列的一个或几个方面：

1.确定实验原理。要求学生在认真审题、明确实验目的的基础上，综合运用学过的知识，通过类比、迁移、分析，从而确定（选择或拟出）实验原理。

2.选择实验用品。根据实验目的和原理，以及反应物和生成物的性质、反应条件等，合理选择实验所需的仪器和药品。

3.设计装置步骤。根据实验目的和原理，以及选用的实验仪器和用品，设计合理的实验装置和实验操作步骤，并绘制或识别相应的实验装置图。

4.观察现象和数据。根据实验目的、实验原理和过程，预测实验将观察到的现象，以及实现实验目的将要记录哪些数据等。

5.分析得出结论。根据实验观察得到的现象和数据，通过分析或计算、审读图表、推理论证等处理，得出正确的实验结论。

6.对实验方案作出评价。根据题目所要求的实验目的，对实验所采取的原理、实验装置、实验现象、实验过程、实验结果等作出优与劣、好与坏等的分析和评价，并在评价的基础上作出改进等。

二、实验设计与评价试题的类型

（一）物质制备实验方案的设计

【例1】孔雀石主要含Cu2（OH）2CO3，还含少量Fe、Si的化合物。实验室以孔雀石为原料制备CuSO4・5H2O及CaCO3。

步骤如下：

请回答下列问题：

（1）溶液A中的金属离子有Cu2+、Fe2+、Fe3+。从下列所给试剂中选择：实验步骤中试剂①为（填代号），检验溶液A中Fe3+的最佳试剂为（填代号）。

a.KMnO4b.（NH4）2S

c.H2O2d.KSCN

（2）由溶液C获得CuSO4・5H2O，需要经过加热蒸发、、过滤等操作。除烧杯、漏斗外，过滤操作还用到另一玻璃仪器，该仪器在此操作中的主要作用是。

（3）制备CaCO3时，应向CaCl2溶液中先通入（或先加入）（填化学式）。若实验过程中有氨气逸出，应选用下列装置回收（填代号）。

（4）欲测定溶液A中Fe2+的浓度，需要用容量瓶配制某标准溶液，定容时视线应，直到。用KMnO4标准溶液滴定时应选用滴定管（填“酸式”或“碱式”）。

参考答案：（1）cd

（2）冷却结晶引流

（3）NH3 （或NH3・H2O）b

（4）平视凹液面（或平视刻度线）凹液面的最低处与刻度线相切酸式

启示：制备实验方案的设计，对巩固元素化合物知识和掌握各类有机物之间的相互转化关系，全面训练实验技能，培养分析问题和解决问题的能力是非常有益的。

制备实验方案的设计，应遵循以下原则：①条件合适，操作方便；②原理正确，步骤简单；③原料丰富，价格低廉；④产物纯净，污染物少。即从多种路线中选出一种最佳的制备途径，合理地选择化学仪器与药品，设计合理的实验装置和实验操作步骤。

（二）物质性质实验方案的设计

【例2】已知氨可以与灼热的氧化铜反应得到氮气和金属铜，用下图中的装置可以实现该反应。

回答下列问题：

（1）A中加入的物质是，发生反应的化学方程式是。

（2）B中加入的物质是，其作用是。

（3）实验时在C中观察到的现象是，发生反应的化学方程式是。

（4）实验时在D中观察到的现象是，D中收集到的物质是，检验该物质的方法和现象是。

参考答案：（1）固体NH4Cl和Ca（OH）2

2NH4Cl+Ca（OH）2 CaCl2+2NH3+2H2O

（2）碱石灰（或CaO）除去NH3气流中的水汽（或干燥NH3）

（3）黑色粉末部分逐渐变为红色

2NH3+3CuO N2+3H2O+3Cu

（4）出现无色液体氨水用红色石蕊试纸检验，试纸变蓝；用无水CuSO4粉末检验，无水CuSO4变蓝

启示：对于物质性质实验方案的设计，主要是从物质的结构特点或从物质的属类去推测物质可能具有的一系列性质，而后据此设计出合理的实验方案，去探索它可能具有的性质。该类试题的关键是设计出简洁的实验方案，要求操作简单，简便易行，现象明显，且安全可行。

解答物质性质实验方案的设计题的基本流程为：研究物质结构预测可能性质设计实验方案（方法、步骤、仪器、药品、操作要点、现象及分析、结论等）实施实验结论。其基本思路如下图所示：

（三）物质（离子）检验探究实验方案的设计

【例3】三草酸合铁酸钾晶体K3［Fe（C2O4）3］・3H2O可用于摄影和蓝色印刷。某小组将无水三草酸合铁酸钾在一定条件下加热分解，对所得气体产物和固体产物进行实验和探究。请利用实验室常用仪器、用品和以下限选试剂完成验证和探究过程。

限选试剂：浓硫酸、1.0 mol・L-1 HNO3、1.0 mol・L-1盐酸、1.0 mol・L-1 NaOH、3% H2O2 、0.1 mol・L-1 KI、0.1 mol・L-1 CuSO4、20% KSCN、澄清石灰水、氧化铜、蒸馏水。

（1）将气体产物依次通过澄清石灰水（A）、浓硫酸、灼热氧化铜（B）、澄清石灰水（C），观察到A、C中澄清石灰水都变浑浊，B中有红色固体生成，则气体产物是。

（2）该小组同学查阅资料后推知，固体产物中，铁元素不可能以三价形式存在，而盐只有K2CO3。验证固体产物中钾元素存在的方法是，现象是。

（3）固体产物中铁元素存在形式的探究。

①提出合理假设

假设1：；

假设2：；

假设3：。

②设计实验方案证明你的假设。

③实验过程根据②中方案进行实验。按下表的格式写出实验步骤、预期现象与结论。

实验步骤预期现象与结论步骤1：步骤2：步骤3：……参考答案： （1）CO2和CO

（2）焰色反应透过蓝色钴玻璃，观察到紫色火焰

（3）①假设1：铁元素的存在形式为Fe单质

假设2：铁元素的存在形式为FeO

假设3：铁元素的存在形式为Fe与FeO的混合

③

实验步骤预期现象与结论步骤 1：取适量固体产物于试管中，加入足量蒸馏水，充分振荡使K2CO3完全溶解。分离不溶固体与溶液，用蒸馏水充分洗涤不溶固体固体产物部分溶解步骤2：向试管中加入适量CuSO4溶液，再加入少量上述不溶固体，充分振荡（1）若蓝色溶液颜色及加入的不溶固体无明显变化，则假设2成立

（2）若蓝色溶液颜色明显改变，且有暗红色固体物质生成，则证明有Fe单质存在步骤3：继续步骤2中的（2），进行固液分离，用蒸馏水洗涤固体至洗涤液无色。取少量固体于试管中，滴加过量HCl后，静置，取上层清液，滴加适量H2O2，充分振荡后滴加KSCN结合步骤2中的（2）：

（1）若溶液基本无色，则假设1成立

（2）若溶液呈血红色，则假设3成立启示：解物质（离子）检验实验方案的设计试题的思维程序如下：（1）先对试样进行外观观察，确定其颜色、气味、状态等。（2）准备试样，并进行检验。当试样是固体时，应先取少量配成溶液，同时观察试样是否溶解，在溶解时有无气体产生等，以初步判断试样可能含有哪类物质。（3）根据实验现象得出结论。

（四）综合探究实验方案的设计

【例4】乙二酸（HOOCCOOH）俗称草酸。某研究小组为探究乙二酸的部分化学性质，进行了下述实验：

（1）向盛有少量乙二酸的饱和溶液的试管内滴入用稀硫酸酸化的KMnO4溶液，振荡，观察到的现象为溶液紫红色褪去，说明乙二酸具有（填“氧化性”、“还原性”或“酸性”）。

（2）向图甲的A试管中加入一定量的乙二醇、浓硫酸和乙二酸，用酒精灯小火均匀加热该试管3~5 min，在B试管中有油状液体产生，若反应中生成了六元环状化合物，该反应的化学方程式为，其中B试管中的导管不伸入液面下的原因是，饱和碳酸钠溶液的作用是。

（3）已知：草酸在约157℃时升华，在175℃时受热分解可生成H2O、CO2和CO；草酸钙是难溶于水的白色固体。该研究小组设计了一套验证草酸受热分解并检验产物中有CO2的实验装置，如图乙所示。请回答：

①从环境保护的角度看，应增加尾气处理装置，你如何进行尾气处理。②依据题给数据，请分析根据D试管中澄清石灰水变浑浊的现象，能否确定草酸分解产物中有CO2（填“能确定”或“不能确定”），理由是。

参考答案：（1）还原性

（2）COOHCOOH+CH2HOCH2HO浓H2SO4COOCH2COOCH2+2H2O防止加热不均匀而使碳酸钠溶液倒吸入加热的A试管中除去酯中混有的乙二酸和乙二醇，同时减小酯在水中的溶解度，便于酯分层析出

（3）①在装置的尾端放一个点燃的酒精灯（其他合理答案均可）

②不能确定因草酸升华后可能有部分进入D试管，与澄清石灰水反应生成草酸钙沉淀，从而对CO2的检验造成干扰

启示：对于综合探究实验方案的设计类试题，其解题思路一般为:

（1）巧审题，明确实验目的和原理。实验原理是解答实验题的核心，是实验设计的依据和起点。实验原理可从题给的化学情境（或题首所给实验目的）并结合元素化合物等有关知识获取。在此基础上，遵循可靠性、简洁性、安全性的原则，确定符合实验目的、要求的方案。

（2）想过程，理清实验操作的先后顺序。根据由实验原理所确定的实验方案中的实验过程，确定实验操作的方法步骤，把握各步实验操作的要点，理清实验操作的先后顺序。

（3）看准图，分析各项实验装置的作用。有许多综合探究实验题图文结合，思考容量大。在分析解答过程中，要认真细致地分析图中所示的各项装置，并结合实验目的和原理，确定它们在该实验中的作用。

（4）细分析，得出正确的实验结论。实验现象（或数据）是化学原理的外在表现。在分析实验现象（或数据）的过程中，要善于找出影响实验成败的关键以及产生误差的原因，或从有关数据中归纳出定量公式，绘制一定的变化曲线等。

根据对以上试题的分析可知，解化学实验设计方案类试题时必须特别注意以下几方面：（1）原理恰当；（2）效果明显；（3）装置简单；（4）操作安全；（5）节约药品；（6）实验步骤简单；（7）误差较小等。换句话说，就是要符合“绿色化学”的要求（注：“绿色化学”研究的中心问题是使化学反应以及其产物具有以下特点――采用无毒、无害的原料；在无毒、无害的反应条件下进行；减量、循环、重复使用；具有“原子经济性”，即反应具有高选择性、极少副产物、甚至实现零排放；产品应是对环境友好的；满足价廉物美的传统标准）。以上几个方面不仅在实验设计过程中必须充分注意，同时这些标准也是对实验设计优劣进行评价的相关要素。

三、常用解题策略及思想

（一）类比思想

不同物质的属类、结构、性质、制备等诸方面可能有某些相似甚至相同之处。类比是学习中常用的一种科学思维方式，可将不同物质进行由此及彼的联系，可以简化思维过程，提高思维效率。

【例5】某校化学研究性学习小组的同学在学习了金属的知识后，为了解Cu的常见化合物性质，运用类比学习的思想提出如下问题，进行探究。请你协助该小组的同学完成下列研究。

【提出问题】

①Cu的金属活泼性小于Al，Al（OH）3具有两性，Cu（OH）2也具有两性吗？

②通常情况下，+2价Fe的稳定性小于+3价Fe，+1价Cu的稳定性也小于+2价Cu吗？

③CuO能被H2、CO等还原，也能被NH3还原吗？

【实验方案】

（1）解决问题①需用到的药品有CuSO4溶液、（填试剂），同时进行相关实验。

（2）解决问题②的实验步骤和现象如下：取98 g Cu（OH）2固体，加热至80~100℃时，得到黑色固体粉末，继续加热到1000℃以上，黑色粉末全部变成红色粉末A。冷却后称量，A的质量为72 g。向A中加入适量的稀硫酸，得到蓝色溶液，同时观察到容器中还有红色固体存在。据此可推得，A的化学式为 。

（3）为解决问题③，设计的实验装置为（夹持及尾气处理装置未画出）：

实验中观察到CuO变为红色物质，无水CuSO4变蓝色。同时生成一种无污染的气体。

【实验结论】

（1）Cu（OH）2具有两性。证明Cu（OH）2具有两性的实验现象是。

（2）根据“实验方案（2）”，得出的+1价Cu和+2价Cu稳定性大小的结论是；。

（3）CuO能被NH3还原。该反应的化学方程式为。

【问题讨论】

有同学认为NH3与CuO反应中生成的红色物质是Cu，也有同学认为NH3与CuO反应中生成的红色物质是Cu和A的混合物。请你设计一个简单的实验检验NH3与CuO反应中生成的红色物质中是否含有A：。

解析：（1）类比Al（OH）3的实验室制法和两性的检验方法，可以利用CuSO4溶液和适量的NaOH溶液制得Cu（OH）2，把制得的Cu（OH）2分成两份，一份加盐酸，另一份加NaOH溶液，观察蓝色沉淀是否溶解。

（2）98 g Cu（OH）2固体受热分解可以得到80 g CuO，CuO在高温条件下继续受热分解如果全部生成Cu，应得到64 g Cu，但实验中A的质量为72 g，且加入硫酸溶液变蓝，说明有Cu2O的存在，Cu2O在酸性条件下发生反应生成Cu2+和Cu，由此证明A应为Cu2O，质量恰好为72 g。该实验说明在高于1000℃时，+1价Cu比+2价Cu稳定；在溶液中+2价Cu比+1价Cu稳定。

（3）NH3通过加热的CuO应生成无污染的氮气和水蒸气；CuO被还原，还原产物可以根据（2）的实验现象进行验证。

参考答案：

【实验方案】（1）盐酸、NaOH溶液

（2）Cu2O

【实验结论】（1）Cu（OH）2既能溶于盐酸，又能溶于NaOH溶液

（2）在高于1000℃时，+1价Cu比+2价Cu稳定；在溶液中+2价Cu比+1价Cu稳定

（3）3CuO+2NH33Cu+N2+3H2O

【问题讨论】取NH3与CuO反应中生成的红色物质少许，加入稀硫酸，若溶液出现蓝色，说明红色物质中含有A，反之则无

（二）控制变量思想

控制变量法是化学实验设计类试题中的一种常用思想方法。当影响实验某项内容的变量有多方面（个）时，往往先控制某些变量不变化，而只改变某个变量，弄清在其他几个量不变的情况下，这个变量对实验结果的影响，进而总结出相关规律，然后再确定另一个变量，重新进行相关分析。

【例6】 某研究性学习小组在网上收集到如下信息：Fe（NO3）3溶液可以蚀刻银，制作美丽的银饰。他们对蚀刻银的原理进行了如下探究：

【实验】制备银镜，并与Fe（NO3）3溶液反应，发现银镜溶解。

（1）下列有关制备银镜过程的说法正确的是（填序号）。

a．边振荡盛有2%的AgNO3溶液的试管，边滴入2%的氨水，至最初的沉淀恰好溶解为止

b．将几滴银氨溶液滴入2 mL乙醛中

c．制备银镜时，用酒精灯的灯焰给试管底部加热

d．银氨溶液具有较弱的氧化性

e．在银氨溶液配制过程中，溶液的pH增大

【提出假设】

假设1：Fe3+具有氧化性，能氧化Ag。

假设2：Fe（NO3）3溶液显酸性，在此酸性条件下NO-3能氧化Ag。

【设计实验方案，验证假设】

（2）甲同学从上述实验的生成物中检验出了Fe2+，验证了假设1成立。请写出Fe3+氧化Ag的离子方程式：。

（3）乙同学设计实验验证假设2，请帮他完成下表中内容（提示：NO-3在不同条件下的还原产物较复杂，有时难以观察到气体产生）。

实验步骤（不要求写具体操作过程）预期现象和结论①

②

……若银镜消失，假设2成立；若银镜不消失，假设2不成立【思考与交流】

（4）甲同学验证了假设1成立，若乙同学验证了假设2也成立，则丙同学由此得出结论：Fe（NO3）3溶液中的Fe3+和NO-3都氧化了Ag。

你是否同意丙同学的结论，并简述理由：。

解析：本题是一道探究类试题，以日常生活中的蚀刻银制作美丽的银饰为情境，以探究Fe（NO3）3溶液中何种因素蚀刻银为研究课题，考查学生运用相关化学反应原理、元素化合物知识及化学实验基本知识，并运用控制变量思想进行实验设计的能力，同时也考查了对实验现象和结果进行分析、解释和科学举证的能力，以及用正确的化学术语及文字进行表述的能力。

第（3）问，考查学生运用控制变量的科学方法设计实验，是该题的核心。本题中有两个变量，如下表所示：

实验变量Fe3+的氧化性NO-3的氧化性能否蚀刻银能不确定现象或结论银溶解无法测定还原产物由于NO-3的氧化能力随着溶液pH的变化而变化，那么在验证假设2即Fe（NO3）3溶液中的NO-3能氧化Ag时，就要求学生必须严格控制溶液的pH进行实验，这是考查单一变量控制法。解决本题的关键就是需测定上述实验用的Fe（NO3）3溶液的pH，然后配制相同pH的稀硝酸溶液，再将此溶液加入有银镜的试管内。显然，这是该实验的最佳设计方案。

参考答案：（1）ade

（2）Ag+Fe3+Ag++Fe2+

（3）

实验步骤预期现象和结论①测定上述实验用的Fe（NO3）3溶液的pH；

②配制相同pH的稀硝酸溶液，将此溶液加入有银镜的试管内（4）不同意。甲同学检验出了Fe2+，可确定Fe3+一定氧化了Ag；乙同学虽然验证了此条件下NO-3能氧化Ag，但在硝酸铁溶液氧化Ag时，由于没有检验NO-3的还原产物，因此不能确定NO-3是否氧化了Ag

变量探究实验因为能够考查学生对于图表的观察、分析以及处理实验数据归纳得出合理结论的能力，因而在高考试题中屡屡出现。解答此类题时，要认真审题，弄清实验目的，弄清要探究的外界条件有哪些。然后分析题给图表，确定一个变化的量，弄清在其他几个量不变的情况下，这个变化量对实验结果的影响，进而总结出规律。然后再确定另一个变量，重新进行相关分析。但在分析相关数据时，要注意题给数据的有效性。

（三）分析、推理思想

当实验设计类试题涉及结构与性质的关系，特别是利用有关化学反应原理（如氧化还原反应、离子反应、酸碱反应、水解等反应原理）来解释有关过程或现象时，我们可利用相关原理进行分析、推理得出相关结论。

【例7】食盐中含有一定量的镁、铁等杂质，加碘盐中碘的损失主要是由于杂质、水分、空气中的氧气以及光照、受热而引起的。已知：

氧化性：IO-3＞Fe3+＞I2；还原性：S2O2-3＞I-

3I2+6OH-IO-3+5I-+3H2O

KI+I2KI3

（1）某学习小组对加碘盐进行如下实验：取一定量某加碘盐（可能含有KIO3、KI、Mg2+、Fe3+），用适量蒸馏水溶解，并加稀盐酸酸化，将所得试液分为3份。第一份试液中滴加KSCN溶液后显红色；第二份试液中加足量KI固体，溶液显淡黄色，用CCl4萃取，下层溶液显紫红色；第三份试液中加入适量KIO3固体后，滴加淀粉试剂，溶液不变色。

①加KSCN溶液显红色，该红色物质是（用化学式表示）；CCl4中显紫红色的物质是（用电子式表示）。

②第二份试液中加入足量KI固体后，反应的离子方程式为、。

（2）KI作为加碘剂的食盐在保存过程中，由于空气中氧气的作用，容易引起碘的损失。写出潮湿环境中KI与氧气反应的化学方程式：。

将I2溶于KI溶液，在低温条件下，可制得KI3・H2O。该物质作为食盐加碘剂是否合适？（填“是”或“否”），并说明理由。

（3）为了提高加碘盐（添加KI）的稳定性，可加稳定剂减少碘的损失。下列物质中有可能作为稳定剂的是。

A．Na2S2O3B．AlCl3

C．Na2CO3D．NaNO2

（4）对含Fe2+较多的食盐（假设不含Fe3+），可选用KI作为加碘剂。请设计实验方案，检验该加碘盐中的Fe2+：。

解析：（1）①加KSCN溶液后显红色的是Fe3+，它与SCN-的配合物有多种，中学阶段一般写Fe（SCN）3；I2的CCl4溶液显紫红色。

②应用信息“氧化性：IO-3＞Fe3+＞I2”，说明IO-3和Fe3+均能氧化I-生成I2，由题意，加碘盐中可能含有KIO3、KI、Mg2+、Fe3+杂质，故此处反应有两个。

（2）据题意“由于空气中氧气的作用，容易引起碘的损失”则可推断KI被潮湿空气氧化，但反应不能写成“I-+O2+H+…”形式（因此处没有酸性环境）。若联系金属吸氧腐蚀的电极反应，则能顺利写出有关反应。

KI3・H2O作加碘剂问题，可由题中“加碘盐中碘的损失主要是由于杂质、水分、空气中的氧气以及光照、受热而引起的”进行分析推理。因为加碘盐受热时，KI3・H2O不稳定生成KI和 I2（这一性质可从题中“将I2溶于KI溶液，在低温条件下，可制得KI3・H2O”分析推得），KI被氧气氧化，I2受热易升华。

（3）根据信息“还原性：S2O2-3＞I-”，可判断Na2S2O3能作稳定剂； C中 Na2CO3水解呈碱性，能实现“I2+OH-I-”的变化，故也可作稳定剂。B中AlCl3水解呈酸性，使I-易被氧气氧化，D中NaNO2能氧化I-。

（4）实验方案简答要注意规范性。

本实验中I-对Fe2+的检验有干扰（因还原性：I-＞Fe2+，加氧化剂时应先氧化I-，所以应加入适量氧化剂），因过量氧化剂可能氧化SCN-，所以后加的检验试剂KSCN溶液应加至过量。

参考答案：（1）①Fe（SCN）3∶I・・・・∶I・・・・∶

②IO-3+5I-+6H+3I2+3H2O 2Fe3++2I-2Fe2++I2

（2）4KI+O2+2H2O2I2+4KOH否KI3在受热（或潮湿）条件下产生KI和I2，KI易被O2氧化，I2易升华

（3）AC

（4）取足量该加碘盐溶于蒸馏水中，用盐酸酸化，滴加适量氯水（或H2O2），再滴加KSCN溶液，若显血红色则该加碘盐中存在Fe2+

综上所述，化学实验方案设计的一般方法或思路为：

（1）明确目的原理

首先必须认真审题（如要求采用最简单或最佳的方案，制取纯净的某物质等），明确实验目的要求。弄清题目有哪些新的信息，综合已学过的知识，通过类比、迁移、分析，从而明确实验原理。

（2）选择仪器药品

根据实验的目的和原理，以及反应物和生成物的性质、反应条件，如反应物和生成物的状态、能否腐蚀仪器或橡皮，反应是否加热及温度是否控制在一定范围，给出的药品、仪器或装置是否足够，需要补充还是筛选，仪器药品的规格等。从而选择合理的化学仪器和药品。

（3）设计装置步骤

根据上述实验目的和原理，以及所选用的实验仪器和药品，设计出合理的实验操作步骤、实验装置。学生应具备识别和绘制简单的实验装置图的能力，实验步骤应完整而又简明。

（4）记录现象和数据

根据观察，全面准确地记录实验过程中的现象和数据。

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分类号：B841

1、引言

计算机作为实验平台广泛应用于心理学实验中，其主要途径有：（1）使用现成的实验生成系统编制生成控制文件进行实验，如E-Prime、DMDX等。（2）与专用的硬件设备联机实验，如眼动仪、fMRI等（鲁学明，张学民，2010）。（3）直接运行的心理学实验教学演示软件，也包括编程者用某种编程语言编制的心理学实验程序。计算机功能强大，高效灵活，使用方便，而且有较强的多媒体处理能力，文字、图片、音视频等都可作为实验素材。利用计算机作为实验过程的控制及运行载体，能够实现实验过程的自动化，提高实验效率（卢伊颖，2011）。

但是通用计算机并非为心理学实验所专门设计，在应用于心理学实验时存在较大的计时误差。当前，除了E-Prime等标准化的心理实验系统，大多数心理实验软件都未给出详细、可行的方法来改善计算机的计时问题。而对于一般以反应时为测试指标的实验，要求实验仪器必须具有准确性和恒常性，所获得的数据精度必须达到一定的阈值才有参考价值。如果计算机的计时不经修正和优化，那么所测得的数据不能保证是可信的。本文首先分析了计算机控制心理学实验的计时误差产生的原因及特点，然后提出了一种新的心理实验系统设计方案。

2、计算机控制的心理学实验计时问题

常见的计算机操作系统，如Windows、Linux等是都是复杂的多任务操作系统，其核心功能之一便是对并发执行的任务进程按一定的策略进行调度。作为应用软件的心理实验程序在运行时即使被赋予最高的任务优先级，仍然不能独占CPU的运行时间和其他资源，而是可被随时中断的，且中断的次数、时刻、时间都是不可预知的。有研究者认为Windows作为一种多任务操作系统因为不能提供精确的计时，所以不适合用作心理学实验（My，ors，1999）。虽然一些研究者提出了一些提高计时精度的方法和技术（De Clercq，Cormbze，&Buvsse，2003；陈素华。谢水清。杨仲乐。2006；Eugene&Dianne，2007；Athanassios，Protopapas，&CheckVo-cal，2007），但是在使用过程中，也必须针对具体的计算机内核和外设进行必要的测试和探讨，鲁学明和张学民（2010）经过测试发现常用编程环境下只有少数计时函数能达到或高于1毫秒精度。但是这种测试只是研究了计时函数本身的误差，不能保证这些函数写进复杂的程序后，和其他进程并行运行时可达到预定的定时精度。

心理实验软件是通过显示器来呈现刺激信息的，但早已有研究者指出显示器因刷新率的限制在时间控制方面有难以逾越的障碍（冯玲，1995）：在计算机显示器上呈现刺激时，无论所设计的呈现时间是多少，实际呈现时间只可能是刷新周期的整数倍。例如，刷新率为70Hz显示器刷新周期约为14.3ms，如果要一个刺激呈现20ms，那么呈现时间可能为14.3ms或28.6ms，实验程序是不能控制其确切显示时间的。E-Prime对刺激呈现的精度是毫秒级。但毫秒级是相对的，其所能控制的显示时间也都是刷新周期的整数倍（陈文锋，崔耀，张建新，2005）。

心理实验程序从硬盘读取多媒体数据时会有几毫秒到几十毫秒的等待和寻道时间，多媒体材料从硬盘读出到写入显示缓存所耗费的时间又与硬盘的性能及新旧、文件的大小及存储位置密切相关。

计算机的输入设备通常是鼠标、键盘或者专用反应盒。这些设备将被试反应传输到心理学软件的过程中都有一定延迟。存在系统误差，误差大小是与具体设备相关的，设备型号不同，接口不同，那么数据传输的延时就不同。心理学程序不能控制其大小。另外不论是从硬盘读取数据的过程还是键盘值反馈到心理学软件的过程，都要受到多任务操作系统的影响，其延时具有随机性。

综上所述，以计算机作为控制设备，其计时误差较大，而且具有随机性、不可控性和不可预知性。

3、新设计方案的提出

E-Prime作为标准化心理实验系统，采用了多种复杂的技术手段（宫大志，李寿欣，2008），优化了计时精度、系统随机误差等重要问题，并详细的说明了减小误差的方法。如显卡测试、异常数据滤除等。目前国内心理学软件逐渐增多，但普遍没有提供详细、可行的方法来改善计算机的计时问题。研究者（鲁学明，张学民，2010）对国内心理学的主流期刊近10年的反应时实验的文献分析结果发现有50%左右的反应时标准差在100ms以上，高于国外文献20-30ms～50-60ms范围。因此，希望实现一种新的心理实验系统的设计方案。既能实现较为精确的计时，又能保留对多媒体信息的处理能力。

随着嵌入式设备在精密仪器中的大量应用，可利用嵌入式技术设计一种新的心理实验系统。系统采用分布式任务处理技术和LED背光控制技术，其架构框图如图1所示。

从图1中可以看到，系统采用分布式任务处理技术，除了MCU（主控微处理器）外，还有一个多媒体处理器。MCU负责控制整个实验流程，而多媒体文件数据量大，处理费时，因此多媒体处理器只负责接收MCU的指令，按指令要求来读取固态存储器中的图片并发送到液晶屏上。或者清除液晶屏的刺激信息，并将当前刺激已呈现或已经清除的命令立即反馈给MCU。MCU根据返回的刺激呈现状态可以决定内部定时器的开启和停止，保证定时精确。

该系统基于以下原因保证了较高的计时精度：

（1）没有使用多任务操作系统，不会出现任务调度导致的随机误差。程序使用C语言编写，直接控制MCU的内部定时器等设备，内部定时器的定时分辨率小于0.1us，可以实现毫秒级的精确定时。多媒体数据按统一格式排放，并按地址顺序存储在固态存储器中，刺激信息从读取呈现的时间是一个常数。

（2）采用LED背光技术，可以突破因显示器刷新率而导致的时间控制瓶颈。不同于CRT显示器的射线循环扫描方式，TFT液晶是一种保持型显示器件，通过透光的方式来显示信息，所以如果LED背光关闭，人眼将无法看到在液晶屏上显示的图像。TFT液晶的上述特性为LED背光控制技术的应用提供了可能。为了准确控制刺激的呈现时间，从图l可以看到MCU直接控制LED背光的电路，而且在刺激呈现流程上可以如下安排：①关闭液晶的LED背光。②将要呈现的刺激显示到液晶上（LED背光关闭，所以被试看不到刺激）。③打开LED背光（被试看到刺激），定时器开始计时。④计时结束，关闭LED背光。根据以上流程，刺激呈现的误差只有定时器的定时误差和LED背光的开关延迟，由于定时器的分辨率小于0.1us，LED的开关延迟只有20微秒，所以LED背光控制技术可以实现刺激呈现时间的真正的毫秒级精度。

（3）输入设备选用微动按键，并连接到MCU的中断功能管脚。按键采用分离设计，避免扫描、去抖导致的延时，当按键按下后可立即触发中断，并控制定时器的开启或停止。而从中断触发到定时器开关只有几个指令周期的时间，其数量级为微秒级。

该系统还有用于主试操控该系统的显示屏模块和PSI2键盘，实现良好的人机交互界面的同时，也保证主试与被试之间的隔离。此外系统还有USB接口，可以将实验数据以存储到U盘等存储介质上，便于后期处理。

4、实验过程及分析

4.1 实验设计

本实验的目的在于测试新心理实验系统呈现刺激的计时误差和反应键的计时误差。

刺激呈现的计时误差测量：（1）不使用LED背光，连续呈现多张不同颜色的纯色图片，设定每张图片呈现时间为200ms。用AL250型逻辑分析仪连接到液晶驱动端口的数据管脚。当不同颜色图片切换时液晶驱动管脚的数据会发生有规律的改变，由此可计算出刺激的呈现时间。（2）使用LED背光呈现刺激，用示波器测量LED背光开关控制信号波形。

被试反应键的计时误差测量：使用LED背光呈现刺激，屏幕前端放置高速光耦。光耦输出端接反应键的所连接的中断引脚。这样相当于刺激一旦呈现反应键被立刻按下，理想反应时间应该接近于0。测试时使用微控制器内部定时器。共测量100次。

4.2 结果与分析

4.2.1 刺激呈现计时误差对比

PST公司曾经在一台PC上做过测试：在显示器上连续呈现多张图片（不采用E-Prime优化计时误差的技术），每张图片呈现200ms（Schneider。Eschman，&Zuccolotto，2002）。测试结果如图2所示：在两次测试中都出现了峰值。最高达934ms。且峰值出现的时间是随机的，另外每张图片的呈现时间都高于设定值105ms以上，这是图片从读取到显示所花费的准备时间。

该新系统测试结果（不用LED背光呈现刺激）如图3所示，当程序设计呈现时间为200ms时，测试的结果为190ms～205ms。误差产生的原因正是显示器的刷新率导致的。测试所用显示器刷新率为70Hz。刷新周期约为14.3ms。14个和15个刷新周期的时间分别约是191.3ms和205.0ms，测试结果也验证了上文分析。

使用LED背光控制刺激呈现时间时，测试数据显示误差在微秒级别。图像不再画出。虽然刺激呈现时间精度很高，但LED背光开启关断会引起显示器亮度的较大变化和刺激的不连续，可能不符合某些心理学实验要求，可以采用多视场速视器的设计方法解决。

4.2.2 反应键的计时误差对比

经测试。被试反应键的计时误差在41～47us之间，平均值是43.6us。而计算机系统由于硬件设备的多样性，不同设备输入延时不尽相同。E-Prime对特定型号的键盘鼠标和专用SRBox做了测试，平均延时键盘约是7ms，鼠标约是92ms。SRBox约为1.25ms。而SRBox反应时间经E-Prime优化后减去了平均延时，最小误差值甚至会出现负值（Schnei-der，Eschman，&Zuccolotto A，2002）。测试结果表明该系统反应键延时远低于计算机系统鼠标键盘的延时，且没有多任务系统导致的随机误差。

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药物化学的主要任务就是探索新药开发的途径和方法，创制安全高效的新药，以满足临床的需要。开发有某种活性且有价值的先导化合物，对其结构进行一系列的改造和优化以期创造出疗效较好、毒副作用较小的新药；改造现有的药物或有效化合物以期获得更为安全和有效的药物。故药物化学是一门非常注重实验教学的学科，实验教学不仅是理论教学的重要补充，更是培养学生创新能力和综合能力、提高学生综合素质的重要途径。传统的实验教学的主要形式均是针对药学专业的各门课程的验证性实验为主，在实验过程中学生们按部就班地根据书本上已有的实验步骤和方法去操作，这样的教学形式虽然教授了学生基本的实验技能，但却没有给学生以自我发挥的机会，很容易导致学生主动学习的意识不强，束缚了学生自由思维的空间，不利于创新精神的培养。设计性实验的引入旨在培养学生的综合素质，提高其创新能力和综合能力。

那么如何在药物化学实验中实施设计性实验教学呢？首先，由任课教师给出实验目的及要求，其次，学生通过查阅相关文献自行设计实验方案并开展相关实验操作[2-5]。这是以教师为引导、学生为主体的实验教学方式，需要学生在学习过程中投入更多的精力、发挥更大的主观能动性，教师则需要完成更多的课前准备工作：从课题选择、方案设计、实验准备、实验实施、结果分析等多个环节入手进行准备，充实和完善设计性实验的教学方案。在具体实施过程中，我校选择了药学本科已经掌握了有机合成基本知识的大三学生进行设计性实验教学[6-8]。

1 如何设计课题

1.1 实验课题的选择

如何进行设计性实验课题的选择呢？这首先需要教师完成很多的课前准备工作，譬如原料是否容易获得、实验仪器能否满足、实验操作的难易程度、实验时间的长短、参与人数的多少等，同时还需要考虑学生的基础知识掌握情况、《有机化学》课程的开展情况和学生具体学过了哪些基本操作，在药物化学设计性实验课程中如何从更深的层面来进行研究性学习。

我校学生在已有课程中已经学过有机化学和药物化学的理论知识，在设计性实验课程中选择扑热息痛这一经典的解热镇痛药作为研究对象。针对药物化学专业的基本要求、特点以及设计性实验的题目和内容设计的原则，讨论后提出了《扑热息痛的合成》这个题目和本实验设计的一些基本要求。学生三到四人一组，采取组长负责制，各自选取不同的合成路线来进行方案设计。

1.2 实验方案的设计

在以往的验证性实验中，通常都会给出具体的原料和试剂用量，以及详细的实验步骤，学生只需机械性、按部就班地完成实验操作，即可获得预期的实验结果，虽然学生在实验操作过程中发现的问题教师也都能及时帮助解决，但学生的实验的主动性不能得以体现。

在设计性实验教学中，没有现成的实验步骤供学生参考，实验方案需要学生通过文献调研自行设计，所以首先要培养学生如何进行查阅文献、如何通过整理分析获得所需要的信息。实验方案在很大程度上决定了实验的成败与否。授课教师首先要讲解如何进行专业文献的查阅，并对学生的文献查阅进行指导，譬如可以利用网络搜索工具或现有的图书期刊等，网上资源主要包括一些常用的中英文数据库，如Scifinder和Beilstein检索，以及中国知网、万方、维普、Web of Science、ACS、Elesevier、Wiley-Blackwell等，另外还包括专利文献的检索和获取，二次文献的使用等等。之后每组学生再就各自选题查阅相关文献，对文献进行分类整理并讨论分析。本着节省经费、操作简便、安全无毒的原则，讨论每种合成方法的优缺点及可行性，选定最优的合成路线。接下来就各组实验方案进行组间讨论，教师给予一定的指导，引导学生互相交流、独立思考并如何解决问题。各组学生经过多次组间讨论以及与教师的讨论都可完成实验方案，包括实验题目、目的要求、仪器试剂、实验步骤、预期结果及参考文献等。这种以学生为主、教师为辅的设计性实验教学方式不但提高了了学生学习的主观能动性，而且锻炼了学生查阅文献和分析问题、解决问题的能力，还促进了学生的团队协作精神。

2 如何实施实验

2.1 实验的前期准备

实验的前期准备工作需要任课教师、实验教辅人员和学生的相互配合。学生依据实验方案列出所需设备和仪器试剂等，提前一周递交给实验室管理人员。实验教辅人员再根据学生提交的实验方案准备所需的实验设备和仪器试剂，另外，实验教辅人员还可以指导学生正确使用相关仪器。任课教师需进行预实验，在学生提交的实验方案的基础上，对该药物的合成方法进行全面而系统的检索和总结，找出适合实验室操作的多种合成方法和路线。在预实验的过程中，认真记录实验现象和结果，列出实验的注意事项，并对各条路线的优缺点进行全面的分析，对每步反应做到心中有数，这样才能指导学生进行实验操作。实验前要向学生特别强调安全问题及注意事项。

2.2 实验的具体实施

以“扑热息痛的合成”为例，除了让学生了解设计扑热息痛的一般方法，培养学生灵活运用已掌握的理论知识和实验技能，通过查阅有关资料，自行设计实验方案，从而提高学生分析问题和解决问题的能力。图1就是学生查阅的扑热息痛的几种常用合成路线及各条路线的优缺点。

具体方案如下：①学生提前一周从网上查阅药物的合成方法，完成相应药物合成方法的综述，并说明现行的工业生产方法，设计出合理的实验室合成工艺路线。②进行组间讨论，方案经教师审阅后，若方法合理，条件具备，学生可按照自己的设计方案进行实验。③学生依据与教师研讨的结果，在一周内写出相关药物的合成方法的具体操作步聚，做出具体的实验方案，包装化学反应方程式，原料的物化常数，原料的配料比，反应所用的仪器设备和辅助材料，反应的装置图，反应的关健控制点，产品纯化的方法，预期的收率等。④要求学生按事先规定的投料比进行实验，仔细观察实验现象，认做好实验记录。⑤实验结果和实验报告作为学生药物化学实验考核的主要指标。

设计性实验教学的开展就是为了促进学生主动思考，提高他们分析问题和解决问题的能力。在实验过程中，教师不再讲解实验内容，而是鼓励学生按照各自查阅好的实验方案完成具体操作，对于实验过程中出现的问题教师并不立刻给出建议，而是鼓励学生互相交流、共同研讨解决方案。通过这种教学改革的尝试，发现基本上每组学生都能完成实验方案，达到预定的目标，取得了预期成果。但在实验过程中也发现了一些值得注意的问题：一是学生对实验现象的观察和记录不够仔细，很多学生的实验记录本上只有几组简单的实验数据；二是部分学生实验中遇到问题不能很好地处理，导致实验进程的延缓或结果的误差；三是教师对实验可能出现的问题预计不足，譬如个别试剂短缺造成实验进度减慢等等。这些问题在今后的教学实践中都有待逐步解决，教师和学生共同努力才能更好地完善设计性实验教学。

图1 扑热息痛的常用合成路线及各自的优缺点

2.3 实验的分析总结

在设计性实验教学中，分析总结实验结果也是非常重要的一个环节，学生通过对整个实验过程的思考与整理，锻炼了他们分析问题和解决问题的能力，奠定了他们从事初步的科学研究工作的基础。

各组学生均要完成一份实验报告，实验报告内容包括实验目的、实验要求、实验步骤、实验现象、实验结果、实验讨论等几部分，主要讨论设计性实验的过程和结果，对不同反应路线的优缺点进行讨论和总结。分析实验成功或者失败的原因，然后师生一起总结交流，找出需要改进的地方并提出解决方案。教师对学生所采用的合成路线及实验结果进行点评，分析利弊，使学生更好地了解如何设计药物的合成路线并对其进一步研究。

3 如何分析总结实验效果

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文章编号:1004-373X(2010)22-0178-03

Design and Realization of Scheme Design Platform for Firing Test in Shooting Range

XU Wei-qiang, ZHU Yuan-chang, DI Yan-qiang

(Ordnance Engineering College, Shijiazhuang 050003, China)

Abstract: The actual design course of the firing test scheme in shooting range is simulated. 2D and 3D digital environment of shooting range is established based on MapX and Virtools. And at the same time, data interaction and data synchronization are also achieved with XML. considering all the requirement conditions of engineering application, a simulative network platform for the measurement and control project designed in digital shooting range is build based on XML. The proposed scheme is flexible and effective in practical application.

Keywords: digital shooting range; modeling and simulation; XML; MAPX; Virtools

收稿日期:2010-07-28

0 引 言

靶场是军事攻防性能评估的重要场所,是新武器试验测量的综合测试平台,为各种高技术武器装备提供先进的测量手段,并加快高新武器的开发步伐。近几年靶场组织完成的多项试验表明,射击试验正在成为制约顺利完成复杂武器系统试验任务的瓶颈[1]。为适应未来信息站和电子战的需要,对于射击试验测控仿真平台的研究已迫在眉睫。该平台以某新型高炮武器系统的射击试验测试评估为背景,实现靶场测控方案设计的自动化、可视化和智能化。在未来信息化条件下,为靶场顺利完成复杂武器系统射击试验测控任务提供了前提保证,并力争在测控方案推演优化技术上有所突破,进而推广到其他复杂武器系统。

1 靶场射击试验测控仿真平台的构建

1.1 仿真平台二维态势显示模块的开发

平台依托二维地图,直观地显示相关设备、地形等具体布局。靶场二维地图的建立经过获取航拍图片,矢量化处理,获取格网DEM数据,再利用格网DEM提取等高线。同时,对于地图上的建筑、河流、道路、地形和地貌等进行手动处理,采用数字地图中常用的分层处理方式。在地理信息系统中,DEM最主要的3种表示模型是:规则格网模型、等高线模型和不规则三角网模型[2]。在靶场的射击试验测控仿真系统中,采用了等高线模型。

等高线模型表示高程,高程值的集合是已知的,每一条等高线对应一个已知的高程值,这样一系列等高线集合和它们的高程值一起就构成了一种地面高程模型,如图1所示。

图1 靶场数字地图

1.2 平台相关模块之间的逻辑结构

靶场高炮武器系统射击试验测控仿真平台是一个基于XML的实时分布交互仿真系统,由方案制定、参/被试品系统控制单元、二维态势显示、仿真管理、数据管理和关键参数计算等节点组成。

方案制定人员通过选定测控方案的任务类型,设置参试品(飞行目标)和被试品(高炮武器系统)的初始状态,对参/被试品系统控制单元对选定的任务类型、系统的初始状态进行评估、数据传输和关键参数计算等操作,判断测控方案制定的可行性。该系统为靶场高炮武器系统射击试验测控仿真、路径规划、关键参数认证、方案优化等研究提供了仿真环境。该系统靶场射击试验测控仿真及服务器的逻辑结构如图2所示。其中,二维态势显示节点客观、实时地表示出选定的试验任务中的各种仿真实体的状态,供操作人员进行仿真效果评估,并为方案的优化工作提供数据支撑。

图2 靶场射击试验测控仿真平台逻辑结构

2 组件式开发

靶场射击试验测控仿真系统的二维界面是利用VC和MapX组件混合开发的。作为靶场射击试验测控仿真系统的二维节点,二维态势显示模块实现的主要功能包括:数字地图显示、缩放、移动、地图漫游;地图信息显示;参/被试品模型动态显示;通视判断;测距、测角、坐标系转换等工具模块调用;二、三维数据传输、通信及同步显示。另外,系统还实现了图层显示控制、方案类型选择、数据管理和数据交互等功能。这些功能的实现已经有比较成熟的方法,在此不予讨论。

3 二/三维同步显示的数据交互

在进行方案演示过程中,需要将二维地图上获得的数据实时地传输给三维模块,传统RTI数据的传输量总体上小,对于数据量巨大,传输频率小的数据,如果使用RTI进行传输会影响整个分布交互仿真系统的性能。

采用基于XML格式的数据交换能够很好地解决此问题。XML(extensible markup language)具有可扩展、自描述、代码数据和表示分离等特点,可以作为数据交换的标准格式[3]。XML Schema时XML模式描述语言能够定义XML文件的语法模式,具体包括数据结构、数据顺序、以及数据之间的逻辑关系等。

在靶场方案演示和方案优化的模拟仿真中,XML数据交换接口负责传输的数据有态势数据、参/被试品初始状态、参试品飞行状态、被试品捕获射击状态、测试设备测试数据、方案推演数据等。部分具体的交互数据如图3所示。

图3 二、三维数据交互

依据这些数据的具体结构和逻辑关系,首先应用XML Schema定义XML数据文件的基本结构(包括数据结构、数据类型、数据存储树型结构,以及数据单元的顺序和数量等),然后在此基础上利用MSXML SDK提供的文档对象模型DOM的API接口实现从C数据结构到XML文档的数据编码接口和从XML文档到C数据结构的数据解析接口。为保证数据传输的完整性,同时还利用预先定义好的XML Schema实现了对特定XML数据文件的校验功能[4]。

4 Virtools三维建模软件

法国全球交互三维开发解决方案公司Virtools开发了Virtools系列产品,其三维引擎已经成为微软XBox认可系统,其特点是方便易用,应用领域广泛[1]。它除了自身的3D/VR开发平台Virtools Dev以外,还集成了5个可选模块,即网络服务器Virtools Server、物理属性模块Physics Pack、人工智能模块AI Pack、 Xbox 开发模块和沉浸式平台VR Pack。

Virtools Dev是专门用来设计制作 3D 世界的软件,其内部集成了500 多个行为模块,其中的Run VSL模块可运行用户自己添加的Virtools语言代码,利用这些行为模块可以相互搭配串联设计出许多不同的互动效果。

Virtools Dev可对二维对象、文字、三维对象及声音、影片等进行操作,其中的三维对象资源可由3DSMAX等3D软件制作的三维对象模型或三维动画通过安装好的插件输出文件以#.nmo 格式导入。

本课题主要是应用 3DSMAX 和 Virtools 工具,充分运用 Virtools 开发工具的优势,对虚拟靶场环境及被试武器、参试目标、测试设备等试验相关要素的外观模型和相关特征模型的建模技术进行研究。

5 结 语

在此介绍了靶场射击试验测控方案设计的实现方法,建立了可实现二、三维同步传输的网络化方案设计平台。二维操作界面实现了放大、缩小、漫游等各种功能操作,同时可以获得需要的DEM数据文件,并采用XML语言进行大数据量交互。随着网络技术的进一步发展和GIS在靶场的更广泛应用,新测控方案的实现方法还需要进一步研究与探索。

参考文献

[1]张喜涛,姜昱明.可漫游的虚拟战场环境建模与实现[J].计算机仿真,2006,23(10):189-193.

[2]汤国安,刘学军,闾国年.数字高程模型及地学分析的原理与方法[M].北京:科学出版社,2005.

[3]钟大伟.空间信息服务模式及技术研究[D].北京:中国科学院遥感应用研究所,2007.

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篇（8）

1 引言

为减少烟气排放对大气环境的污染，国家环保总局规定燃煤火力发电厂烟气排放需配套建设脱硫设施，烟气脱硫后的温度，成分，运行工况均与脱硫前有很大区别。这种减排前提下，烟囱的设计选型和防腐处理也将有很大的变化。

脱硫后烟气的腐蚀特点及机理

2.1烟气温度特点

目前国家烟气脱硫工艺有湿法脱硫、干法脱硫、半干湿法脱硫、循环硫化床脱硫等多种脱硫工艺。其中石膏-石灰石湿法脱硫工艺因为技术成熟，脱硫效率高而被广泛采用[1]。火电厂锅炉直接排放到烟囱的高温烟气温度一般为130oC~160oC，称为“干烟囱”，烟气经过湿法脱硫吸收塔洗涤后一般温度为40oC~50oC；而经过烟气加热装置（GGH）增温后，烟气可达70oC~80oC，称为“湿烟囱”[2]。

2.2烟气腐蚀特点及机理

对于“干烟囱”，由于内壁处于干燥状态，烟气对烟囱内壁材料不产生直接腐蚀。

对于“湿烟囱”，脱硫后的烟气通常在50oC~80oC，烟气在烟囱口排放时，易凝结在内壁上，形成酸液，沿内壁下流过，部分又被蒸发，造成内壁凝结液中酸浓度逐渐增大，由于烟气流动，腐蚀环境呈现为动态，腐蚀介质随时更新，对钢，水泥等材料产生极为迅速的腐蚀破坏[1]。以钢材为例，湿烟气在40oC~80oC的温度环境下其腐蚀速度比其它温度下高出3~8倍[3]。

3 烟囱设计选型

3.1烟囱的结构选型

由于传统的单筒式烟囱不能确保内衬和保温层的致密，易产生裂缝和缝隙，脱硫后的烟气在内壁形成酸结露，沿着缝隙向钢筋混凝土筒壁进行渗透，这种腐蚀很难被发现和检测，对烟囱的安全运行是潜在的危险隐患。故脱硫后的烟气，应该按强腐蚀烟气来考虑，“湿烟囱”宜选用多管式或套筒式[3]，即承重外筒与排烟筒分开，使外筒受力结构不与强腐蚀性烟气相接触，排烟内筒采用耐酸防腐措施，如图1所示。

3.2内筒防腐材料的选择

烟囱通常设置脱硫旁路系统，存在脱硫系统运行，脱硫系统停运，短时锅炉事故等几种状况，筒内环境在干燥-潮湿-干燥状况下交替变化，这与不设脱硫旁路系统，烟囱单工况运行有很大区别[3]。故烟囱防腐材料的选择除考虑烟囱的主要运行工况外，还须考虑适应其它运行工况，以及工况变化时温度交替变化对防腐材料性能的影响。国内电力行业常采用以下几种防腐材料：

1.内衬金属合金薄板（钛板）

合金薄板的厚度一般为1~1.2mm。采用爆炸复合、爆炸-轧制复合、直接轧制等工艺加工，将耐腐蚀效果极好的钛、镍金属与钢板结合成钛、镍-钢复合板，该材料防腐效果及耐久性好，但焊接技术要求高，工程造价高。目前，国内排放低温脱硫烟气（40oC~50oC）的钢排烟筒采用金属复合钛板的工程实例有，华能玉环电厂4x1000MW烟囱、山西王曲2x600MW烟囱等。

2.VEGE鳞片复合材料（玻璃鳞片）

该复合材料在耐腐蚀性，抗渗透性，耐温（热冲击）性均有良好表现，且耐磨[4]。使用寿命一般在15年左右[5]，适用在烟气温度不大于200 oC的工作环境。多用于脱硫吸收塔，水平烟道，对于垂直排烟筒的工程实例仅限于钢结构排烟筒。

3.发泡玻璃砖

由无机材料硼硅玻璃经发泡后形成，采用专用粘接剂粘贴在钢质排烟筒内侧。该材料具有轻质，耐高温，耐腐蚀，低导热性等特点，形成隔离层密闭性能好，结构安全性高，运行期间维护费用低。Henkel防腐玻璃砖，品质好，造价高[3]，国内也有多个发泡玻璃砖和粘接剂的品种。山西霍州电厂，江苏利港电厂的烟囱均采用了此类防腐措施。

4.玻化陶瓷砖

长期抗酸，耐各种浓缩酸，包括氯化物在内的各种废气冷凝液，对烟气温度变化适应能力强，可适用于200oC~450oC温度，以及干湿交替变化环境[3]。

该防腐材料可作为内衬，粘贴于钢排烟筒内壁，也可直接作为烟囱内套筒-排烟筒的砌筑主材，无需设置钢筒，以降低烟囱造价。北仑电厂三期选用了此项防腐材料的措施。

5.BSJ-Y型整体耐酸浇注料

该浇注料耐酸、耐热、重量轻、强度高，整体浇注可消除形成烟气腐蚀的薄弱环节、有效地提高防腐隔热性能、抑制裂缝及其扩展。但该材料固化过程中存在很大的收缩，应采用合理的施工方案，并设置防开裂的施工切缝及相应的密封措施[2]。

4注意事项

烟囱的防腐材料多种多样，但各有适用范围，应根据烟囱可能存在的运行工况，来选择适用的防腐材料，并采用合理的施工方案。

例如，当介质温度高于100 oC时，不应选用密实型水玻璃类防腐材料，其中耐酸胶泥就属于这一类材料。电厂实际运行中，由于脱硫系统运行的稳定性等原因，会在脱硫和旁路系统两种工况下切换，使得烟囱的使用环境在50oC 饱和稀硫酸环境和超过130 oC 旁路干燥烟气环境之间变换，这就决定了：在目前国内的脱硫装置运行现状下，烟囱并非单工况运行，烟囱内防腐材料不能选用耐酸胶泥类材料[2]。

不仅如此，防腐材料市场鱼龙混杂，以次充好的实例屡见不鲜，除选择适用的产品同时，还需对产品质量严格把关。

例如，美国Henkel防腐玻璃砖，造价高，考虑经济因素，电厂业主通常选用国产玻璃砖产品，但很多国产发泡玻璃砖的材质和粘接剂不过关，贴牌生产情况很多，产品质量难有保证，防腐的隐患不言而喻[2]。

因此，选择防腐材料时，应对产品做综合全面的考察，不应一味追求经济因素而忽视了产品质量问题。

5工程实例

以某电厂2x600MW燃煤机组一座钢内筒直径6m，高240m的套筒式烟囱为例，就筒内衬采用复合钛板，Henkel玻璃砖，玻化陶瓷砖，玻璃鳞片等4种防腐方案分别进行了技术性能和经济性的比较，如表1及图2所示。

通过图2可以看出，在其它构件造价一定的情况下（如混凝土外筒，钢内筒，钢梯平台等），防腐方案的费用直接影响到烟囱的造价。钢筒内衬复合钛板投资较高，其烟囱造价也明显偏高，而筒内衬玻化陶瓷砖费用最低，故烟囱造价也最低。结合表1和图2，从安全可靠，经济适用的角度进行比较分析，可知：内衬防腐采用玻化陶瓷砖的方案值得推荐，采用Henkel玻璃砖或玻璃鳞片，也是不错的选择；至于复合钛板，尽管耐腐蚀效果好，但价格昂贵，投入成本较高。

值得一提的是，玻化陶瓷砖除可做钢排烟筒内衬之外，单独砌筑形成内筒，省去钢排烟筒费用，降低烟囱造价。

篇（9）

中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）25-0039-02

2016年2月，国务院针对城市交通阻塞问题提出了“街区制”的解决方案，提出居民小区和企事业大院应逐步向社会开放，优化城市路网，提高城市的交通效率。2016年7月，中国人民大学，北京航空航天大学，中国政法大学等多所北京高校率先开放校园道路，以促进区域交通微循环，减少过往车辆绕校园的现象，被社会媒体解读为“大学拆墙”。很显然，随着中国高校从上世纪五十年代的“大院制”向世界名校“街区制”的发展趋势，中国高校将呈现开放式办学的全新姿态，向社会提供了交通资源、教学资源、实验资源与科研资源，这是当前中国高校开放式办学的宏观背景[1]。

随着普通高校对教学目标的重定位，特别是各类工程院校意识到培养应用型人才才能响应中国生产力提升的需求，能解决学生就业难问题，因此提出了多种新型的实践教学法，与生产需求挂钩，请企业工程师担任实践教师，围绕着生产问题而布置学习内容[2]。这样实验室从传统的理论教师安排实验项目，转变为学生根据生产需求，在实践教师的引导下，自发申请实验项目。理论教师根据学生申请，安排实验室开放时间和开放项目，学生可以在指定的时间，在企业工程师、理论教师的共同指导下开展实验。这是当前中国高校开放式办学的微观背景[3]。

综上所述，在中国高校开放式办学的需求下，高校的实验楼周边人群复杂，实验室利用率提高，实验安排繁忙，实验项目从风险可控的验证型实验向不可预见结果的研究型、设计型实验转变，从而形成了越来越难以掌控的实验室安防态势。在复杂的实验室开放环境下，一旦发生实验室突发事件时，因为校保卫处和保安公司对实验室情况不熟悉，采取错误的应对措施，就会引发严重的事故。因此在实验室事故发生时，需要采用先进科技判明事故类型，查询最佳处置预案，把事故详情通知实验室的责任人，把处置预案告知保安，并调集实验室师生前往支援。针对这一需求，应用“感知层、网络层、应用层”三层开发架构，设计了一个开放实验室物联网安防系统，将能有效地控制突发事故时的经济损失和人员伤亡[4]。

1 物联网架构的设计

本设计在实验室前端安装了各种传感器，以实现事件类型的感知。一般来说，门磁传感器被布置成有线的形式，可检测门窗在未开放时段被异常打开的突发事件；有毒气体传感器布置成有线的形式，安装于化学实验室的操作台，用于检测实验过程中操作流程错误导致的毒气泄露事件；可燃气体传感器布置成有线的形式，安装于可燃气体管道附近，用于检测实验后未关闭气管的事件；RFID传感器布置成有线的形式，分为两种，一种是915Mhz的10m距离的读卡器，用于检测贵重设备是否被带出特定实验室，一种为13.56Mhz的IC卡门禁读卡器，配合门磁传感器，可用于非法入侵实验室事件；人体红外热释电传感器布置成无线的形式，布置在交通要道处，将随着实验楼承担不同的研究任务而导致人流热点区域改变即时调整位置，可以用于检测实验楼各区域的繁忙态势，大数据分析表明，实验室的安全事故和使用人流量存在着一定的相关性；撞击传感器布置成无线的形式，用于检测敏感区域破坏墙、门、窗的事件；爆炸传感器也布置成无线形式，用于在发生爆炸事故时，分析爆炸区域和规模，快速计算疏散路径的用途；摄像头采用串口通讯的方式，用于获取突发事件发生瞬间的图像信息，以便云端可以人工检查事件类型，减少误报事故，同时事故瞬间相片也能让实验室负责老师在第一时间了解实验室的真实状态，更好指导保安采取正确的处置措施[5]。在每个实验室内各种传感器的后端，布置MCU（Micro Controller Unit）模块。MCU通过有线和无线的方式，收集传感器监测到的突发事件[6]。

在网络层，MCU把突发事件编码，拼接成“房间号，事件号”字符串，通过3G Modem，应用Socket通讯技术向云安防中心发送字符串。在实验室突发事件的同时，MCU向摄像头发出拍照指令，得到事故瞬间相片。MCU通过3G Modem，将事故现场相片上传云应用层的安防中心。随后，MCU也将报警以短信形式发送给实验室的负责教师，将事故图像以彩信的方式发送给实验室负责教师。

物联网的应用层也称为“云端”，保卫处在云端建设安防中心，收到各实验室MCU发来的报警信息后。第一步，先呼叫当班保安立即前往事故现象查看。第二步，在预案数据库检索相应的应对措施，调取师生安全员的联系方式，对所有师生安全员群发事故短信，并拨打师生安全员手机，要求师生安全员到现场协助保安处置事故。第三步，向保卫处领导，实验室相关院系领导，学校分管领导汇报警情，以备事件难以控制时，能更加有效地组织施救团队，以及大规模调动应急物资。

2 硬件开发

在本系统中，感知层有较多的硬件开发工作。每个实验室的核心MCU都要外接十多个传感器，还需要连接“3G MODEM”。因此选择飞思卡尔公司的“MC68HC908GP32”芯片，可外接最多33个传感器，也可通过“MAX232”芯片发送AT指令，从而控制串口上的“3G MODEM”。“3G MODEM”选择华为公司生产的“GTM 900C”，因为内嵌了“TCP/IP”协议，使得图像上传和彩信发送较容易实现。摄像头选择深圳市高信通电子有限公司生产“GXT-Y101”的模块，其特点是可以通过串口接受MCU发出的拍照指令，又能压缩图像为JPEG格式，减少串口通讯耗时。

网络层的通讯工作主要由“GTM 900C”模块承担，内置了“增强AT指令集”，因此具有较强大的Socket通讯、短信发送、图像传递、彩信发送的功能。实验表明，在传递“房间号，事件号”短信时，只需耗时4s，以彩信的方式传递一张50 kB事故实时图像，只需耗时30s。

以MCU上传事故图像为例，完整步骤如下：（1）MCU通过IO脚检测到传感器事件；（2）MCU通过串口1，向传感器同房间的摄像头发送拍照指令“5600360100”，摄像头完成事件瞬间的图像的感知工作；（3）MCU向摄像头发出“5600340100”指令，即要求摄像头返回照片的数据长度；（4）MCU发出“5600320C000A000000000000A4B90010”，即要求阅读摄像头的此时长度为“A4B9”的图像；（5）MCU收到图像后，发出指令“5600360103”，摄像头又恢复到待机状态；（6）MCU通过IO脚虚拟的串口2，向“GTM 900C”发送“AT+CGDCONT = 1， "IP"， "CMNET"”指令，完成APN配置工作；（7） MCU向“GTM 900C”发送“AT%ETCPIP = "user"， "pw"”，完成TCP/IP通讯的状态设置；（8）MCU向“GTM 900C”发送“AT%IPOPEN = "UDP"， "xxx.xxx.xxx.xxx"， 1800，， 1237”完成UDP的设置，即用本地的1237端口与互联网上的xxx.xxx.xxx.xxx的IP地址上的1800端口发起通讯，建立UDP连接；（9） MCU向“GTM 900C”发送“AT%IPSEND = "（图像数据）"”，完成事故图像向云端的安防中心的上传，传递50 kB的事故图像约18s；（10） MCU向“GTM 900C”发送“AT%IPCLOSE”，通知“GTM 900C”切断UDP连接，进入待机状态。

3 云端软件开发

云端安防中心模块结构见图1，云端通过WINSOCK模块接收各实验室的门禁信息，通过WINSOCK模块接收各实验室的突发事件传感器信息和现场图像，通过一个“GTM 900C”模块群发调度指令给当班的保安，要求大楼保安和巡逻保安赶往出事地点，也可通过保安的手机移动APP实现对保安的调度。计算服务器接着按“房间号”、“事件号”为查询关键词，在SQL SERVER数据库搜索相应的“处置预案”，并从处置预案中获得师生安全员的联系方式，通过第二个“GTM 900C”模块向师生安全员和保安群发处置预案，要求各人员严格按处置预案开展应急措施，避免事故扩大或造成应急人员伤亡。最后实现彩信群发，向所有应急人员现场照片，让应急人员对现场内部状态有较准确了解。

如果学校规模较大，或是要将教室、办公室也纳入安防监控体系，可以通过增加计算服务器来提高指令的效率。把各计算服务器布置成并行作业的状态，每一台计算服务器都具有应急指挥的完全能力，每台计算服务器在下达应急指令过程中，从空闲状态转变为繁忙状态，由其他空闲计算服务器来响应新的事故报警。该设计使得云端具有同时应对多个事故的指挥能力，而且即使若干计算服务器突然损坏，也不会导致应急指挥的中断。实践证明，每三百个实验室、教室、办公室配置一台计算服务器，在多起突发事件同时发生时，云端仍然具有多点扑救的指挥能力。

4 结论

系统在南京理工大学紫金学院进行了测试。紫金学院采用了“项目教学法”来培养应用型人才，应用了“任务引领，实践导向”的教学思想，学生在企业实践教师的指导下，根据生产需求，自行设计了各种全新的实验项目，传统实验室管理方法无法适应实践教学的新需求。应用了基于物联网的实验室安防系统后，即使实验项目日趋复杂，也能按传感器类型对突发事件进行有效地分类，调取匹配的处置预案，更精准地指挥保安和师生安全员应对实验室事故。而且在平时，实验室安防系统可以从门磁传感器数据统计实验室的实验教学的情况，根据IC卡门禁读卡器数据计算学生实践学时和教师的实践课时，通过热释电传感器了解实验大楼的人群分布，及时调整巡逻保安的巡防区域。所以本系统不仅仅能发挥安防应急指挥的作用，也能加强实践教学的管理。

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篇（10）

中图分类号：G482 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2017）04-0030-03

Abstract The computer lab building of construction specialty can optimize the mode of teaching， curriculum system and improve tea-

chers’ professional standards， training students’ practical and inno-vation ability. Through a lot of research， the paper sets forth that mastering professional construction cost computer lab need to have

the basic functional service， whereby the main contents about com-puter， professional software， networking， multimedia， and system protection card are designed， concerned with the computer lab deve-lopment scheme of project cost specialty.

Key words computer laboratory； project costs； construction plan

1 引言

工程造价专业建设目标是面向建筑与装饰、市政、安装、园林等建设行业，坚持“以就业为导向，以能力为本位”的指导思想，通过“校企合作、工学结合”的途径，培养学生具有良好的职业道德和职业技能，掌握工程计量与计价的方法和工程造价管理的基本原理，可以编制工程量清单文件、招投标文件、项目合同管理文件等的高素质专业技术人员。工程造价专业教学计划中的大部分课程需要进行实操实训等实践环节，同时，工程造价专业用人单位也要求毕业生具有较强的实践操作技能，因此，工程造价专业计算机实验室的建设对于工程造价专业来说显然是重中之重。

2 工程造价专业计算机实验室的需求分析

工程造价专业计算机实验室建设之前进行大量调研，征询相关专业教师与工程造价专业学生的意见，工程造价专业计算机实验室作为工程造价专业实训室，应该具备为学生提供进行工程计量与计价、预算组价、招标文件的制作、招标文件答疑、投标文件的制作、评标、开标、合同的签订等一系列过程的功能服务。

计算机及办公软件 实验室在规划建设的时候由于经费限制，首先考虑满足教学的眼前要求，同时要考虑计算机实验室的前瞻性和可扩展性，要让实验室在一定期限内达到最大利用率。按一人一台计算机加上教师用机（可兼做服务器），则至少要有61台计算机，全部计算机需要安装常用办公软件等。

工程造价专业软件 为了实现建筑工程计量与计价、预算组价、招投标文件管理等功能，要配套相应专业软件，包括工程造价软件、计算机辅助绘图软件、ERP软件、项目管理软件等。

完善的网络功能 工程造价是一个紧密联系现实社会的专业，时效性要求比较高，需要随时掌握各种各样的一手造价信息，因此，具备Internet浏览功能是工程造价专业计算机实验室必不可少的功能。

多媒体教学功能 多媒体是文本、声音、图像、计算机数据这些信息载体混合成的一种便于传送信息的媒介。工程造价专业计算机实训室能够充分发挥计算机的交互性、信息传送的多样性，通过多媒体更加直接直观地介绍建筑工程实体与施工过程，让师生能够更直观、更形象地交流，发挥学生学习的积极性、能动性。

高效的管理功能 学生在实验室实操实践过程中，控制使用计算机的时候难免会遇到一些问题，严重的话甚至让计算机瘫痪，所以计算机实验室应该具备恢复到指定还原点的相关安全防护功能。

3 工程造价专业计算机实验室建设方案设计

按照教育部关于“校内学习与实际工作的一致性，校内评价与企业评价相结合，课堂与实习地点一体化”的要求，计划通过建设工程造价专业计算机实验室，在优化传统教学模式、课程体系、教程、教具和教师专业水平的基础上，迅速紧跟教流与用户市场紧密接轨，培养学生的专业实践能力与开拓创新能力。通过工程造价专业实验室的建设，学生可以在模拟的企业环境中学习，了解企业运营过程，便于理论与实践的结合。本文根据需求分析，设计了工程造价专业计算机实验室建设方案（如图1所示）。

算机及办公软件 工程造价专业计算机实验室要满足使用工程造价软件、计算机辅助绘图软件，尤其是3D绘图软件功能，计算机配置至少需要满足的条件包括：Intel i5 CPU，Intel H61主板，DDR3 4 G内存，集成显卡（VGA+DVI）/集成声卡/集成千兆网卡，500 G硬盘（7200 RPM），标准键盘/带滚轮鼠标，19英寸LED液晶显示器；安全环保要求产品要符合CEC颁发的环境标志产品认证，平均无故障时间（MTBF）≥40万小时；售后服务要求主机含显示器3年以上原厂标准保修服务，供货时需提供生产厂商出具的服务承诺函。

工程造价专业计算机实验室要满足学生完成工程造价、预算组价、招投标文件编制等功能，还要配置目前社会最常用的Windows系统及常用办公软件。每台计算机计划安装一个WindowsXP系统，两个Windows7系统，每个系统都安装Office2003、Office2010、PDF阅读软件等。

工程造价专业软件 科学技术的不断发展，各类专业软件也在不断地更新换代，建设符合运行各类专业实训、仿真、实习软件的工程造价专业计算机实验室，并使学生成为紧跟现实发展脚步的技术人才。工程造价专业计算机实验室的建设能够解决工程造价专业学生的专业实训、社会实践及企业实习问题，让学生完成工程造价的全过程教学，掌握工程造价的专业技能。

工程造价专业计算机实验室将配置广联达、斯维尔、易达和鲁班等工程计量与计价及招投标管理软件，提供企业运作的仿真环境，使学生身临其境地学习真实的企业工程预结算、招标投标、工程合同管理等业务管理的运行平台。其中，广联达工程造价软件包括广联达土建算量软件、广联达钢筋算量软件、广联达计价软件等，斯维尔软件包括斯维尔清单计价软件、斯维尔3D算量软件、斯维尔安装算量软件等，易达软件包括清单大师、招投标软件等，鲁班软件包括鲁班造价、鲁班BIM算量软件等。另外，工程造价专业计算机实验室将配置建设工程辅助软件，配合工程造价专业知识的学习。实验室的每台计算机都将安装AutoCAD2014简体中文版、天正建筑、3D MAX、CAD看图软件、招标文件阅读器及项目管理软件等。

网络布置 工程造价专业计算机实验室内部既有自己的局域网，又可通过校园网上互联网。这样既可以充分利用校园网资源，如图书馆的馆藏电子资源，又可以通过信息防火墙实现与Internet的安全互联，满足师生登录公共资源交易中心网站上传下载电子招投标文件、获取工程造价最新市场价信息的需求，使师生能在课堂内外通过网络按需获取工程造价信息资源。

工程造价专业计算机实验室网络运行状态要求比较高的稳定性，因此，在综合布线中线缆、设备和主机都应该优先考虑稳定性问题。工程造价专业计算机实验室是以60个工位为基准单元的实验室，将配备3台24口的二层交换机，每台二层交换机通过超五类双绞线接入工作站，再经三层交换机连接到带路由及NAT功能的硬件防火墙，所有计算机都通过这个接口连接外部互联网。

多媒体教学系统 多媒体教学系统可以将抽象的内容表达得形象化、丰富化，将课本上的某些枯燥内容生动地展示出来，可以帮助学生更好更快地掌握知识点。工程造价专业计算机实验室应该具有下列多媒体教学功能。

1）屏幕广播：在屏幕传输技术上可以快速广播普通屏幕画面，并且可以快速直接屏幕广播教学视频、上课课件、实操演示等。

2）在线考试：随时出题测验、即时统计分析考试结果，帮助教师了解学生知识点掌握程度。

3）遥控学生：教师可以同时遥控全部计算机桌面，也可以同时遥控全部计算机安装一些教学软件，帮助学生完成教学任务。

4）断网锁屏：上课的时候难免有些学生调皮爱玩耍，私下拔掉网线企图玩游戏，这个功能可以锁住屏幕让学生不能得逞，进而认真听讲。

5）封锁游戏：有些学生在上机实操的过程中会起玩游戏的念头，通过本功能可以封锁游戏程序，让这部分学生回到学习上来。

保护卡系统 保护卡系统可以保护计算机系统正常运转，当计算机发生修改、增加或删除系统文件和程序的时候，保护卡可以让计算机及时恢复正常。工程造价专业计算机实验室担负进行日常教学、专业实训和课程设计的繁重任务，它的正常运转关乎专业的日常教学。在学生进行上机实操实训或课程设计的时候，难免会遇到安装或删除程序、修改或删除系统文件的事情，甚至在正常使用中计算机系统也会遇到蓝屏死机的状态。有鉴于此，工程造价专业计算机实验室选择配置局域网计算机维护系统，该系统集数据保护、磁盘分区管理和局域网计算机部署三大功能于一身，而且是基于Windows操作系统界面设计的，这样保护卡系统的易用性可以得到保障，实验室的管理员跟上课教师都能够快速掌握保护卡的使用要领。

其他设备安装 工程造价专业计算机实验室除了上面的主要设备之外，还需要一些其他设备的安装，配合使用才能满足工程造价专业功能，比如多媒体讲台、电脑桌、白板、投影设备、音响设备、电源系统、照明系统及空调等。

4 结束语

计算机及工程造价专业软件的安全、定、高效运行，是工程造价专业计算机实验室工作的基础。工程造价计算机实验室建设成功之后可以开展工程性、综合设计性教学，全面提高师生的工程能力、创新意识和创新能力，同时有利于吸引更多横向课题及合作课题，有助于增强学校综合科研能力，提高科研水平，加快转化科技成果，创造更高的社会和经济效益。

参考文献

篇（11）

中图分类号：S611文献标识码： A

在一次经济论坛上，有经济学家称全球经济已经迎来了自上世纪经济萧条后的又一次衰退，黑暗的时刻又要再次来临。这一社会语状为全球建筑设计带来的影响是显而易见的。但是同时，中国在避免经济硬着陆的过程中，房地产市场的被动衰落却给了建筑设计新的创作空间。同时，伴随着生产力水平和人们经济水平的快速提高，社会大众对居住条件的需求也在不断上升。因此，我国建筑行业得到了快速发展，但目前我国建筑的空间利用率并不乐观。所以，建筑方案设计在建筑过程中起到最为基础关键的作用。科学合理的建筑设计方案，不仅改善用户的居住条件，满足用户的合理生活需求，还能为建筑公司节约开支，降低工程造价。

一、我国建筑设计现状

1、我国建筑师有更多机会进行建筑设计。

建筑业的主体似乎是房地产，建筑设计行业的发展不仅体现在产值、营业额和设计的规模上，还体现在有众多设计项目的涌现。大型公共项目的变化使建筑师的实践视野越来越广阔。设计行业重心的变化以及政府投资项目和公益性项目增多，使建筑师获得了更大创作空间。政府宏观调控的大型项目，如医院、航空港，博物馆、美术馆和高校建筑等使得房地产商业演进得到抑制，同时，给予了我国建筑师更多的建筑设计机会。

2、中国建筑师在与国外同行同台竞争的过程中，已经越来越拥有主动权。

我国的建筑设计大致经历了被动接受国外建筑师创意、仅出方案；国内外建筑师共同进行方案探讨和概念表达和以国内设计机构为主，作为设计总包将某些部分包给国外擅长的专向建筑师等三个阶段。使得我国建筑的原创性、文化性、区域性得到明显提高。

3、我国的设计模式正在从单一模式向多元模式转变即从过去的单一的承接设计转变为设计总承包、管理总承包、设计管理和项目管理等多元模式。

目前，部分设计公司的上市和很多设计研究院申请高新科技企业的认证使得我国设计行业逐步向高新科技企业发展。

二、房屋建筑方案设计的影响因素

房屋设计较为突出的的影响因素有市场需求多样性、居住功能适用性、室内空间可改性、家居科技智能性、环境景观均好性以及建筑风格地方性等方面。

1、市场需求多样性对房屋设计的影响

当前建筑尤其是住宅供需体制已从福利分配逐步转向为商品行为，房屋设计应满足市场需求，提供相配套的住宅套型适应不同经济收入、生活模式、文化职业的家庭对住宅的需求。同时降低生活习俗和气候条件的差异带来的不适感。

2、居住功能适用性对房屋设计的影响

建筑尤其是住宅的根本性能便是其适用性。因此，建筑师在实际设计中应从实用功能出发，并根据居住生活性质对住宅的内部功能进行分区，使住宅内部公私，动静分区明确，使用顺当。同时，为避免套型住宅仅仅是平面布置简单的由小改大的不当现象，房屋的面积和尺度要适当，但也应满足市场对大面积套型的需求。而且，恰当合理的房间布置和相互联系能使家居更为舒适。

3、室内空间可改性对房屋设计的影响

只有合理的结构体系才能保证室内空间的可改性。室内空间的可改性是住宅的客观需要，以适应家庭规模和结构的变化，同时也符合可持续发展的原则。

4、家居科技智能性对房屋设计的影响

建筑的新技术、新材料、新设备和新工艺的推广应用反映了住宅技术的科学性。不仅促进了住宅建设水平，同时也提高了住宅的功能质量，满足用户舒适度的需求。不断配套完善的科学技术使建筑更加实用，先进，经济和综合。

5、环境景观均好性对房屋设计的影响

住宅区环境资源的均好与共享使得每套住房住户获得更加舒适的居住环境。因此，住宅商品化的重要特征之一便是环境均好性。

6、建筑风格地方性对房屋设计的影响

受不同文化，历史条件及气候的影响，不同区域的住宅有不同的风格特征。建筑师在进行建筑设计时应充分考虑当地建筑的建筑风格，虽需要标新立异，但不可与周围建筑格格不入。

三、房屋建筑方案设计需要考虑的问题

1、节能问题

建筑行业是社会三大能源消耗行业之一。在建筑设计中，如何更好地利用自然环境资源，提高建筑的能源利用率实现生态城市发展，已经成为近年来建筑界一直在探索的课题。通过对建筑的合理设计，满足用户潜在的生活要求，为居住者提供舒适、环保的居住空间，降低建筑物使用过程中的能量损耗是建筑师一直追逐的目的。但却没有绝对的节能建筑，从前所谓的节能建筑到了现在可能就称不上节能了。因此，要求建筑师在建筑设计中综合考虑各种影响因素来满足建筑环境的设计要求。

2、用户需求问题

建筑的根本目的是满足人类的使用。建筑第一性是人的存在性，任何营造活动都是人与自然共生的结果。建筑的发展是主客体互动的审美关系。因此，建筑设计的作用就是真实地反映人在建筑中的感受，满足人对建筑的需求。但目前许多设计人员进入手法主义的盲区，采用虚伪的手法，把业主引入平面的幻觉，虽然有时能够得到客观的经济效益，但却阻碍了建筑的发展进程。人对空间的需求是人类的最基本需求之一。建筑创作应该真实反映建筑平面时间和空间的统一，而非单纯得平面组合游戏。因此，我们在进行建筑设计时，不仅要重视功能，还要考虑形式。

3、环境和谐问题

在建筑方案设计时不仅要关注建筑物本身，而且还应关注其是否与周围环境相协调。在建筑平面的设计中适当地引入“手法主义”可以在某些方面表达设计人员的意图，同时又可以解决环境与人的心理需求的统一，实现建筑特色与城市风格相得益彰。建筑平面是由许许多多的墙面来界定的，这些长长短短的线可以做为平面结构的参照系，很好地陈述建筑的空间组织结构。

四、我国建筑设计未来的趋势

汪光焘担任建设部部长时曾指出，我国的建筑设计企业有向大规模的托拉斯集团或逐渐分化出小型设计公司和事务所两个发展方向。因此，我国建筑设计未来的发展方向大致可概括为：

1、专业化发展趋势。

目前建筑设计业仍存在一些问题。其中，虽然注册建筑师制度不断得到完善，但注册建筑师仍严重不足。建筑师是一个高风险行业，职业建筑师必须遵守各项建筑设计要求和规则。

2、专有技术发展趋势。

例如绿色生态和可持续发展、光伏发电应用建筑表皮等，拥有这些技术的专向设计机构将体现更多优势；

3、设计总承包发展趋势。

设计项目由一家机构总包，再分包给其他多个公司；

4、跨行业、跨领域和跨国界的合作趋势。

企业将实现资讯、项目管理和设计施工一体化的服务模式。

结语：总而言之，房屋建筑的平面设计对建筑设计有决定性影响。对于建筑设计师而言，不仅要关注建筑本身的特点与个性，还要使之与城市规划相适应，满足住户的潜在需求。同时通过住宅产品的和设计理念创新使城市建筑与环境拥有地域性特色。住宅建筑准确的户型定位和科学合理的户型设计对住宅用户的生活质量产生直接影响。同时，城市规划是城市建设的总纲，而构成城市的主要物质基础之一又是建筑，在城市规划的指导下进行的建筑设计才能促进城市经济、社会的和谐、健康发展。

参考文献

[1]王海松，莫弘之，沈斌生态建筑集成设计体系研究，建筑学报，2007（9）.