實驗設計方案大全11篇

緒論：寫作既是個人情感的抒發，也是對學術真理的探索，歡迎閱讀由發表云整理的11篇實驗設計方案范文，希望它們能為您的寫作提供參考和啟發。

篇（1）

擴束原理 激光是點光源，但它垂直經過圓柱形細玻璃棒之后，由于折射就變成了線性方向垂直玻璃棒的線光源。讓激光平行于底板且使線性方向垂直底板入射，就能顯示光的路徑。如圖1所示，光垂直全反射棱鏡的斜邊入射的情景；如圖2所示，光垂直全反射棱鏡的直角邊入射的情景。

丁達爾原理 在“彎曲的有機玻璃棒能導光”實驗中，由于橫截面是圓，上述擴束原理無效。筆者利用膠體的丁達爾現象，在彎曲的有機玻璃管中注入折射率較大的膠體封裝，用高亮綠激光入射，讓學生看到了清晰的全反射光路，如圖3所示。

2 原創實驗

全反射的產生條件是本課的重點。但國內過去各種版本的教材以及現行新課程各種版本的教材都沒有設計專門的實驗進行研究，都是借用引入全反射概念的半圓形玻璃磚實驗進行分析。為了突出本課的重點，筆者設計了一個專門的實驗進行產生條件的演示，強化了學生對全反射產生條件的認識，收到了很好的教學效果。

制作的材料 玻璃棒（摩擦起電用的玻棒）、激光筆（帶支座）、甘油、膠頭滴管、大泡沫板、鐵架臺（附鐵夾）、一頭有螺絲的短鐵棒。

制作與使用 用鐵架臺上的鐵夾將玻璃棒傾斜向下固定；用萬向夾將一端有螺紋的短鐵棒固定在鐵架臺上端，在短鐵棒的另一端通過螺母使大泡沫板與玻璃棒成45°豎直固定；利用萬向支座將激光筆傾斜向上固定。打開激光筆電源開關，將一束激光從玻璃棒的橫截面傾斜入射，如圖4所示，觀察到泡沫板上只是玻璃棒的一端有明亮的光斑，其他地方無光，說明光在玻璃與空氣的界面發生全反射。用膠頭滴管吸少許甘油，滴在玻璃棒側面的入射點上，立即觀察到原亮斑的上方有大面積的光出現，并且原亮斑的亮度有所降低，如圖5所示，說明光泄漏了，讓學生思考是全反射的什么條件不滿足。

原理與解釋 如圖6所示，光射到玻璃棒側面時，同時滿足全反射的兩個條件：①光密介質進入光疏介質；②入射角大于臨界角，所以發生全反射。當一滴甘油滴上時，我們知道，甘油的折射率和石英玻璃是一樣的，光由玻璃進入甘油時方向不變，但甘油粘滯性使它形成暫時凸起，從而使光由甘油進入空氣的入射角小于臨界角，而折射進入空氣中，不滿足全反射的第二個條件，如圖7所示。

3 “變臉魔術”實驗

關于全反射棱鏡，新課程各版本教材以及歷屆教材中在這塊設計的實驗不多，這使得學生對全反射棱鏡及其應用的認識不夠，印象不深。為此，筆者在本課中設計了一個“變臉魔術”實驗，創新了實驗教學模式。學生興致盎然地觀看魔術，動腦動手地揭秘魔術，不知不覺地加深對全反射棱鏡的認識。

原理 如圖8所示，透明有機玻璃制成的立方體容器，被兩塊有機玻璃沿對角線隔成兩等腰直角三角形截面的容器，平面鏡平行隔板放置。當兩容器盛水而隔層不盛水時形成兩等腰直角形截面的棱鏡，即全反射棱鏡。如圖8所示，在觀看位置的對面貼上藍臉，側面貼上紅臉時，紅臉經左棱鏡全反射出現在觀看位置的左側，藍臉經右棱鏡全反射又經平面鏡反射出現在觀看位置的右側。當隔層間也盛水時，就不形成全反射棱鏡，藍臉經水、有機玻璃折射后直接被看到而出現在左側，紅臉經水、有機玻璃折射、經平面鏡反射被看到而出現在右側，如圖9所示。這樣，觀看位置的左側由紅臉變成藍臉，右側由藍臉變成紅臉。當隔層間的水通過下方的注射器緩慢注入時，以上變臉是個漸變過程，非常生動有趣，具有魔術般的效果。

制作 選取3 mm厚的透明有機玻璃（太薄隔板易變形，太厚沒有必要）按如圖10、圖11所示的尺寸切割、粘合。粘合時一定要保證45°和90°角的精準，否則影響實驗效果。如圖11所示，容器底部安裝兩50 ml的一次性注射器；如圖10所示，隔層底部打兩小孔；通過軟管連接小孔與注射器。選取兩合適大小的胸牌，剛好能插入或拔出藍、紅臉為宜，把胸牌用雙面膠粘貼在觀看位置的對面和側面，制作完成。

使用 第一步：注水，在兩等腰直角形截面的容器內注滿水；第二步：上藍臉，在觀看位置的對面胸牌中插入藍臉；第三步：上紅臉，在觀看位置的側面胸牌中插入紅臉；第四步：插卡，將一不透光的塑料卡片插入隔層之間，發現卡的插入，并不擋住任何圖片臉，隨后拔出卡；第五步：變臉，見證奇跡的時候，通過下方注射器向隔層注水，隨著隔層水位升高，變臉逐漸進行，當水位相平時，變臉完成。如圖12變臉前，如圖13變臉中，如圖14變臉后。

4 系列趣味實驗

全反射是一種光的自然現象，我們周圍有許許多多的全反射現象，就看能否發現它。于是在課堂上開展發現全反射的競賽活動，創新了實驗教學的組織方式和教學模式。在各小組桌面均提供了6個教材上沒有的自制教具實驗。它們是：豆子神秘消失；水中氣泡更明亮；神秘湯勺；自行車尾燈明亮；水流導光；塑料光纖。通過課堂競賽活動的開展，學生的積極性充分地調動起來，一些同學的成功發現，啟發著更多同學的積極思考，越來越多的發現方案設計出來，同學們的發現潛能得到了充分的釋放。

5 “海市蜃樓”實驗

海市蜃樓是自然奇觀，可遇而不可求，在教室做海市蜃樓模擬實驗，學生的積極性被充分調動。筆者用水和飽和食鹽水的折射率不同而形成擴散層模擬了自然界中的海市蜃樓。學生興致盎然地觀看蜃景，筆者適時引入：為了揭秘海市蜃樓，我們今天來學光的全反射。

制作 將8 mm厚的玻璃做成長60 cm、寬30 cm、高50 cm的玻璃缸；將飽和食鹽水倒入缸內至1/3深度，再加少許食鹽攪拌，呈略過飽和狀態；將長60 cm、寬30 cm烙滿小孔的泡沫板放入缸內，浮在食鹽水上；將略浸濕的白紙與泡沫板密貼，且與缸內壁密貼，形成“紙缸”；利用虹吸將清水注入“紙缸”中，清水的量為1/3深度，由于泡沫板密度小于水，泡沫板逐漸上升，清水慢慢滲入；靜置、等待2～3小時（放置期間不可振動、晃動裝置），可看到“分層”的液面即擴散層的形成，待達一定厚度即可進行實驗；側面用燈光照射被觀察物體，如圖15所示。在物體正對的一方觀察即可看到蜃景，如圖16所示。

一般原理 飽和食鹽水的密度和折射率均比水大，當水和飽和食鹽水“安靜”地“碰”在一起時會引起擴散，擴散層的密度和折射率形成梯度化，模擬了海面上空氣因溫度的梯度變化而形成空氣層的密度與折射率的梯度變化。如圖17所示，物體發出的光線在擴散層不斷折射，入射角越來越大，以致發生全反射，并返回擴散層又不斷折射，最后進入眼睛，眼睛認為光是直線傳播，逆著入眼光線“找”物而看到蜃景。用激光斜向上射入食鹽水，如圖18所示，彎曲的光路印證了以上的分析。

蜃景倒正

1）問題的提出。“海市蜃樓”實驗的新發現：有的位置觀察居然看到了倒立蜃景。因為現行教材和歷屆教材，凡是涉及海面上海市蜃景的描述都是正立的，原因都說是全反射。將這個問題融入這堂課，一則科學探究得到了深入，二則學生的科學態度得到了培養——敢于質疑。

2）倒立蜃景成因。根據前面的觀察經驗，又有利全班同學看到倒立蜃景的產生過程，筆者使用了投影儀的攝像頭代替眼睛，降低攝像頭位置，拖退物置，學生驚奇地發現，屏幕上出現了倒立蜃景，如圖19所示。倒立蜃景如何形成？用激光筆檢驗，調整傾角，使這條激光射入攝像頭，如圖20所示。再看擴散層光路，問：有沒有全反射？答：有。然后光路分析，如圖21所示。結論：因為有全反射，所以蜃景倒立。

篇（2）

摘要：本文針對我校《網絡防御技術》課程的實踐環節，分析其具體實施中存在的主要問題，闡述本科生《網絡防御技術》課程在實踐

>> 面向海洋技術專業本科生培養的海洋遙感課程教改初探 《中藥生物技術》本科生課程教學研究初探 本科生“計算機網絡管理”課程的雙語教學改革 對教育技術學本科生現行培養方案的分析 關于信息技術環境下本科生教學活動設計的思考 本科生沉迷網絡游戲的案例分析及預防干預對策 以協議分析為導向的本科生網絡管理能力培養模式 藝術類高校本科生網絡行為的實證研究（上） 藝術類高校本科生網絡行為的實證研究（下） 核工程與核技術專業本科生開展創新性實驗培養模式 高職本科生網絡平臺建設 基于信息技術的本科生研究性創新能力的培養 醫學本科生進行醫學影像技術實習的意義 教育技術學本科生專業能力發展的創新思考 淺析信息技術對本科生教學活動的影響 教育技術本科生多媒體課件的ARCS評價研究 提高材料成型專業本科生CAE技術應用能力的措施 生物技術專業本科生導師制模式的探索 CFD技術應用于本科生“氣體動力學”的探討 淺談培養本科生實驗技能 常見問題解答 當前所在位置：l，2013.

基金項目：湖北省高等學校省級教學改革研究項目“面向物聯網工程專業的網絡管理與安全課程群建設”（編號：省2012273）；湖北省自然科學基金面上項目“基于P2P技術的網絡安全協同管理機制研究”（編號：2012FFB00601）；湖北工業大學教學研究項目“RESTFUL Web服務環境下自主學習云系統的研究與實現”（編號：校2012015）

第一作者簡介：徐慧，女，湖北工業大學計算機學院講師，研究方向為網絡與服務管理。

篇（3）

一、實驗設計必需遵循科學性

實驗設計的對象為制取物質或進行物質性質的實驗，首先了解實驗的原理，這就是設計必需遵循的科學性。

二、實驗設計必需注意可行性

實驗的設計必需考慮儀器的性能，所用材料的資源豐富，價廉易得，這就是實驗的可行性。

三、實驗設計的安全性

（1）點燃可燃氣體（如H2、O2、CH4）或用CO、H2還原CuO、Fe2O3之前，要驗純，以防爆炸事故的發生。

（2）進行有毒氣體（如CO、SO2、NO2）實驗時，應在通風的環境中進行實驗，并注意尾氣的處理。CO要燃燒掉，SO2和NO2用堿溶液吸收，避免中毒。

（3）用加熱法制取并用排水法收集氣體時，要注意熄滅酒精燈與從水槽中移出導管的順序，避免水的倒流使試管炸裂。

例2．（09年南昌中考題）在整理化學實驗室時，發現一瓶失去標簽的白色粉未，可能是碳酸鈉，也可能是氫氧化鈣。白色粉未是哪種物質呢？請你提出猜想，并設計實驗進行探究。

解析：用NaCO3和Ca（OH）2在性質上的不同，設計實驗方案，推測實驗現象和結論。解題關鍵是找到和兩種物質混合現象不同的同一試劑。

篇（4）

高考化學實驗設計型題目所考查的內容主要有下面所列的一個或幾個方面：

1.確定實驗原理。要求學生在認真審題、明確實驗目的的基礎上，綜合運用學過的知識，通過類比、遷移、分析，從而確定（選擇或擬出）實驗原理。

2.選擇實驗用品。根據實驗目的和原理，以及反應物和生成物的性質、反應條件等，合理選擇實驗所需的儀器和藥品。

3.設計裝置步驟。根據實驗目的和原理，以及選用的實驗儀器和用品，設計合理的實驗裝置和實驗操作步驟，并繪制或識別相應的實驗裝置圖。

4.觀察現象和數據。根據實驗目的、實驗原理和過程，預測實驗將觀察到的現象，以及實現實驗目的將要記錄哪些數據等。

5.分析得出結論。根據實驗觀察得到的現象和數據，通過分析或計算、審讀圖表、推理論證等處理，得出正確的實驗結論。

6.對實驗方案作出評價。根據題目所要求的實驗目的，對實驗所采取的原理、實驗裝置、實驗現象、實驗過程、實驗結果等作出優與劣、好與壞等的分析和評價，并在評價的基礎上作出改進等。

二、實驗設計與評價試題的類型

（一）物質制備實驗方案的設計

【例1】孔雀石主要含Cu2（OH）2CO3，還含少量Fe、Si的化合物。實驗室以孔雀石為原料制備CuSO4?5H2O及CaCO3。

步驟如下：

請回答下列問題：

（1）溶液A中的金屬離子有Cu2+、Fe2+、Fe3+。從下列所給試劑中選擇：實驗步驟中試劑①為（填代號），檢驗溶液A中Fe3+的最佳試劑為（填代號）。

a.KMnO4b.（NH4）2S

c.H2O2d.KSCN

（2）由溶液C獲得CuSO4?5H2O，需要經過加熱蒸發、、過濾等操作。除燒杯、漏斗外，過濾操作還用到另一玻璃儀器，該儀器在此操作中的主要作用是。

（3）制備CaCO3時，應向CaCl2溶液中先通入（或先加入）（填化學式）。若實驗過程中有氨氣逸出，應選用下列裝置回收（填代號）。

（4）欲測定溶液A中Fe2+的濃度，需要用容量瓶配制某標準溶液，定容時視線應，直到。用KMnO4標準溶液滴定時應選用滴定管（填“酸式”或“堿式”）。

參考答案：（1）cd

（2）冷卻結晶引流

（3）NH3 （或NH3?H2O）b

（4）平視凹液面（或平視刻度線）凹液面的最低處與刻度線相切酸式

啟示：制備實驗方案的設計，對鞏固元素化合物知識和掌握各類有機物之間的相互轉化關系，全面訓練實驗技能，培養分析問題和解決問題的能力是非常有益的。

制備實驗方案的設計，應遵循以下原則：①條件合適，操作方便；②原理正確，步驟簡單；③原料豐富，價格低廉；④產物純凈，污染物少。即從多種路線中選出一種最佳的制備途徑，合理地選擇化學儀器與藥品，設計合理的實驗裝置和實驗操作步驟。

（二）物質性質實驗方案的設計

【例2】已知氨可以與灼熱的氧化銅反應得到氮氣和金屬銅，用下圖中的裝置可以實現該反應。

回答下列問題：

（1）A中加入的物質是，發生反應的化學方程式是。

（2）B中加入的物質是，其作用是。

（3）實驗時在C中觀察到的現象是，發生反應的化學方程式是。

（4）實驗時在D中觀察到的現象是，D中收集到的物質是，檢驗該物質的方法和現象是。

參考答案：（1）固體NH4Cl和Ca（OH）2

2NH4Cl+Ca（OH）2 CaCl2+2NH3+2H2O

（2）堿石灰（或CaO）除去NH3氣流中的水汽（或干燥NH3）

（3）黑色粉末部分逐漸變為紅色

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

（4）出現無色液體氨水用紅色石蕊試紙檢驗，試紙變藍；用無水CuSO4粉末檢驗，無水CuSO4變藍

啟示：對于物質性質實驗方案的設計，主要是從物質的結構特點或從物質的屬類去推測物質可能具有的一系列性質，而后據此設計出合理的實驗方案，去探索它可能具有的性質。該類試題的關鍵是設計出簡潔的實驗方案，要求操作簡單，簡便易行，現象明顯，且安全可行。

解答物質性質實驗方案的設計題的基本流程為：研究物質結構預測可能性質設計實驗方案（方法、步驟、儀器、藥品、操作要點、現象及分析、結論等）實施實驗結論。其基本思路如下圖所示：

（三）物質（離子）檢驗探究實驗方案的設計

【例3】三草酸合鐵酸鉀晶體K3［Fe（C2O4）3］?3H2O可用于攝影和藍色印刷。某小組將無水三草酸合鐵酸鉀在一定條件下加熱分解，對所得氣體產物和固體產物進行實驗和探究。請利用實驗室常用儀器、用品和以下限選試劑完成驗證和探究過程。

限選試劑：濃硫酸、1.0 mol?L-1 HNO3、1.0 mol?L-1鹽酸、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、氧化銅、蒸餾水。

（1）將氣體產物依次通過澄清石灰水（A）、濃硫酸、灼熱氧化銅（B）、澄清石灰水（C），觀察到A、C中澄清石灰水都變渾濁，B中有紅色固體生成，則氣體產物是。

（2）該小組同學查閱資料后推知，固體產物中，鐵元素不可能以三價形式存在，而鹽只有K2CO3。驗證固體產物中鉀元素存在的方法是，現象是。

（3）固體產物中鐵元素存在形式的探究。

①提出合理假設

假設1：；

假設2：；

假設3：。

②設計實驗方案證明你的假設。

③實驗過程根據②中方案進行實驗。按下表的格式寫出實驗步驟、預期現象與結論。

實驗步驟預期現象與結論步驟1：步驟2：步驟3：……參考答案： （1）CO2和CO

（2）焰色反應透過藍色鈷玻璃，觀察到紫色火焰

（3）①假設1：鐵元素的存在形式為Fe單質

假設2：鐵元素的存在形式為FeO

假設3：鐵元素的存在形式為Fe與FeO的混合

③

實驗步驟預期現象與結論步驟 1：取適量固體產物于試管中，加入足量蒸餾水，充分振蕩使K2CO3完全溶解。分離不溶固體與溶液，用蒸餾水充分洗滌不溶固體固體產物部分溶解步驟2：向試管中加入適量CuSO4溶液，再加入少量上述不溶固體，充分振蕩（1）若藍色溶液顏色及加入的不溶固體無明顯變化，則假設2成立

（2）若藍色溶液顏色明顯改變，且有暗紅色固體物質生成，則證明有Fe單質存在步驟3：繼續步驟2中的（2），進行固液分離，用蒸餾水洗滌固體至洗滌液無色。取少量固體于試管中，滴加過量HCl后，靜置，取上層清液，滴加適量H2O2，充分振蕩后滴加KSCN結合步驟2中的（2）：

（1）若溶液基本無色，則假設1成立

（2）若溶液呈血紅色，則假設3成立啟示：解物質（離子）檢驗實驗方案的設計試題的思維程序如下：（1）先對試樣進行外觀觀察，確定其顏色、氣味、狀態等。（2）準備試樣，并進行檢驗。當試樣是固體時，應先取少量配成溶液，同時觀察試樣是否溶解，在溶解時有無氣體產生等，以初步判斷試樣可能含有哪類物質。（3）根據實驗現象得出結論。

（四）綜合探究實驗方案的設計

【例4】乙二酸（HOOCCOOH）俗稱草酸。某研究小組為探究乙二酸的部分化學性質，進行了下述實驗：

（1）向盛有少量乙二酸的飽和溶液的試管內滴入用稀硫酸酸化的KMnO4溶液，振蕩，觀察到的現象為溶液紫紅色褪去，說明乙二酸具有（填“氧化性”、“還原性”或“酸性”）。

（2）向圖甲的A試管中加入一定量的乙二醇、濃硫酸和乙二酸，用酒精燈小火均勻加熱該試管3~5 min，在B試管中有油狀液體產生，若反應中生成了六元環狀化合物，該反應的化學方程式為，其中B試管中的導管不伸入液面下的原因是，飽和碳酸鈉溶液的作用是。

（3）已知：草酸在約157℃時升華，在175℃時受熱分解可生成H2O、CO2和CO；草酸鈣是難溶于水的白色固體。該研究小組設計了一套驗證草酸受熱分解并檢驗產物中有CO2的實驗裝置，如圖乙所示。請回答：

①從環境保護的角度看，應增加尾氣處理裝置，你如何進行尾氣處理。②依據題給數據，請分析根據D試管中澄清石灰水變渾濁的現象，能否確定草酸分解產物中有CO2（填“能確定”或“不能確定”），理由是。

參考答案：（1）還原性

（2）COOHCOOH+CH2HOCH2HO濃H2SO4COOCH2COOCH2+2H2O防止加熱不均勻而使碳酸鈉溶液倒吸入加熱的A試管中除去酯中混有的乙二酸和乙二醇，同時減小酯在水中的溶解度，便于酯分層析出

（3）①在裝置的尾端放一個點燃的酒精燈（其他合理答案均可）

②不能確定因草酸升華后可能有部分進入D試管，與澄清石灰水反應生成草酸鈣沉淀，從而對CO2的檢驗造成干擾

啟示：對于綜合探究實驗方案的設計類試題，其解題思路一般為:

（1）巧審題，明確實驗目的和原理。實驗原理是解答實驗題的核心，是實驗設計的依據和起點。實驗原理可從題給的化學情境（或題首所給實驗目的）并結合元素化合物等有關知識獲取。在此基礎上，遵循可靠性、簡潔性、安全性的原則，確定符合實驗目的、要求的方案。

（2）想過程，理清實驗操作的先后順序。根據由實驗原理所確定的實驗方案中的實驗過程，確定實驗操作的方法步驟，把握各步實驗操作的要點，理清實驗操作的先后順序。

（3）看準圖，分析各項實驗裝置的作用。有許多綜合探究實驗題圖文結合，思考容量大。在分析解答過程中，要認真細致地分析圖中所示的各項裝置，并結合實驗目的和原理，確定它們在該實驗中的作用。

（4）細分析，得出正確的實驗結論。實驗現象（或數據）是化學原理的外在表現。在分析實驗現象（或數據）的過程中，要善于找出影響實驗成敗的關鍵以及產生誤差的原因，或從有關數據中歸納出定量公式，繪制一定的變化曲線等。

根據對以上試題的分析可知，解化學實驗設計方案類試題時必須特別注意以下幾方面：（1）原理恰當；（2）效果明顯；（3）裝置簡單；（4）操作安全；（5）節約藥品；（6）實驗步驟簡單；（7）誤差較小等。換句話說，就是要符合“綠色化學”的要求（注：“綠色化學”研究的中心問題是使化學反應以及其產物具有以下特點――采用無毒、無害的原料；在無毒、無害的反應條件下進行；減量、循環、重復使用；具有“原子經濟性”，即反應具有高選擇性、極少副產物、甚至實現零排放；產品應是對環境友好的；滿足價廉物美的傳統標準）。以上幾個方面不僅在實驗設計過程中必須充分注意，同時這些標準也是對實驗設計優劣進行評價的相關要素。

三、常用解題策略及思想

（一）類比思想

不同物質的屬類、結構、性質、制備等諸方面可能有某些相似甚至相同之處。類比是學習中常用的一種科學思維方式，可將不同物質進行由此及彼的聯系，可以簡化思維過程，提高思維效率。

【例5】某校化學研究性學習小組的同學在學習了金屬的知識后，為了解Cu的常見化合物性質，運用類比學習的思想提出如下問題，進行探究。請你協助該小組的同學完成下列研究。

【提出問題】

①Cu的金屬活潑性小于Al，Al（OH）3具有兩性，Cu（OH）2也具有兩性嗎？

②通常情況下，+2價Fe的穩定性小于+3價Fe，+1價Cu的穩定性也小于+2價Cu嗎？

③CuO能被H2、CO等還原，也能被NH3還原嗎？

【實驗方案】

（1）解決問題①需用到的藥品有CuSO4溶液、（填試劑），同時進行相關實驗。

（2）解決問題②的實驗步驟和現象如下：取98 g Cu（OH）2固體，加熱至80~100℃時，得到黑色固體粉末，繼續加熱到1000℃以上，黑色粉末全部變成紅色粉末A。冷卻后稱量，A的質量為72 g。向A中加入適量的稀硫酸，得到藍色溶液，同時觀察到容器中還有紅色固體存在。據此可推得，A的化學式為 。

（3）為解決問題③，設計的實驗裝置為（夾持及尾氣處理裝置未畫出）：

實驗中觀察到CuO變為紅色物質，無水CuSO4變藍色。同時生成一種無污染的氣體。

【實驗結論】

（1）Cu（OH）2具有兩性。證明Cu（OH）2具有兩性的實驗現象是。

（2）根據“實驗方案（2）”，得出的+1價Cu和+2價Cu穩定性大小的結論是；。

（3）CuO能被NH3還原。該反應的化學方程式為。

【問題討論】

有同學認為NH3與CuO反應中生成的紅色物質是Cu，也有同學認為NH3與CuO反應中生成的紅色物質是Cu和A的混合物。請你設計一個簡單的實驗檢驗NH3與CuO反應中生成的紅色物質中是否含有A：。

解析：（1）類比Al（OH）3的實驗室制法和兩性的檢驗方法，可以利用CuSO4溶液和適量的NaOH溶液制得Cu（OH）2，把制得的Cu（OH）2分成兩份，一份加鹽酸，另一份加NaOH溶液，觀察藍色沉淀是否溶解。

（2）98 g Cu（OH）2固體受熱分解可以得到80 g CuO，CuO在高溫條件下繼續受熱分解如果全部生成Cu，應得到64 g Cu，但實驗中A的質量為72 g，且加入硫酸溶液變藍，說明有Cu2O的存在，Cu2O在酸性條件下發生反應生成Cu2+和Cu，由此證明A應為Cu2O，質量恰好為72 g。該實驗說明在高于1000℃時，+1價Cu比+2價Cu穩定；在溶液中+2價Cu比+1價Cu穩定。

（3）NH3通過加熱的CuO應生成無污染的氮氣和水蒸氣；CuO被還原，還原產物可以根據（2）的實驗現象進行驗證。

參考答案：

【實驗方案】（1）鹽酸、NaOH溶液

（2）Cu2O

【實驗結論】（1）Cu（OH）2既能溶于鹽酸，又能溶于NaOH溶液

（2）在高于1000℃時，+1價Cu比+2價Cu穩定；在溶液中+2價Cu比+1價Cu穩定

（3）3CuO+2NH33Cu+N2+3H2O

【問題討論】取NH3與CuO反應中生成的紅色物質少許，加入稀硫酸，若溶液出現藍色，說明紅色物質中含有A，反之則無

（二）控制變量思想

控制變量法是化學實驗設計類試題中的一種常用思想方法。當影響實驗某項內容的變量有多方面（個）時，往往先控制某些變量不變化，而只改變某個變量，弄清在其他幾個量不變的情況下，這個變量對實驗結果的影響，進而總結出相關規律，然后再確定另一個變量，重新進行相關分析。

【例6】 某研究性學習小組在網上收集到如下信息：Fe（NO3）3溶液可以蝕刻銀，制作美麗的銀飾。他們對蝕刻銀的原理進行了如下探究：

【實驗】制備銀鏡，并與Fe（NO3）3溶液反應，發現銀鏡溶解。

（1）下列有關制備銀鏡過程的說法正確的是（填序號）。

a．邊振蕩盛有2%的AgNO3溶液的試管，邊滴入2%的氨水，至最初的沉淀恰好溶解為止

b．將幾滴銀氨溶液滴入2 mL乙醛中

c．制備銀鏡時，用酒精燈的燈焰給試管底部加熱

d．銀氨溶液具有較弱的氧化性

e．在銀氨溶液配制過程中，溶液的pH增大

【提出假設】

假設1：Fe3+具有氧化性，能氧化Ag。

假設2：Fe（NO3）3溶液顯酸性，在此酸性條件下NO-3能氧化Ag。

【設計實驗方案，驗證假設】

（2）甲同學從上述實驗的生成物中檢驗出了Fe2+，驗證了假設1成立。請寫出Fe3+氧化Ag的離子方程式：。

（3）乙同學設計實驗驗證假設2，請幫他完成下表中內容（提示：NO-3在不同條件下的還原產物較復雜，有時難以觀察到氣體產生）。

實驗步驟（不要求寫具體操作過程）預期現象和結論①

②

……若銀鏡消失，假設2成立；若銀鏡不消失，假設2不成立【思考與交流】

（4）甲同學驗證了假設1成立，若乙同學驗證了假設2也成立，則丙同學由此得出結論：Fe（NO3）3溶液中的Fe3+和NO-3都氧化了Ag。

你是否同意丙同學的結論，并簡述理由：。

解析：本題是一道探究類試題，以日常生活中的蝕刻銀制作美麗的銀飾為情境，以探究Fe（NO3）3溶液中何種因素蝕刻銀為研究課題，考查學生運用相關化學反應原理、元素化合物知識及化學實驗基本知識，并運用控制變量思想進行實驗設計的能力，同時也考查了對實驗現象和結果進行分析、解釋和科學舉證的能力，以及用正確的化學術語及文字進行表述的能力。

第（3）問，考查學生運用控制變量的科學方法設計實驗，是該題的核心。本題中有兩個變量，如下表所示：

實驗變量Fe3+的氧化性NO-3的氧化性能否蝕刻銀能不確定現象或結論銀溶解無法測定還原產物由于NO-3的氧化能力隨著溶液pH的變化而變化，那么在驗證假設2即Fe（NO3）3溶液中的NO-3能氧化Ag時，就要求學生必須嚴格控制溶液的pH進行實驗，這是考查單一變量控制法。解決本題的關鍵就是需測定上述實驗用的Fe（NO3）3溶液的pH，然后配制相同pH的稀硝酸溶液，再將此溶液加入有銀鏡的試管內。顯然，這是該實驗的最佳設計方案。

參考答案：（1）ade

（2）Ag+Fe3+Ag++Fe2+

（3）

實驗步驟預期現象和結論①測定上述實驗用的Fe（NO3）3溶液的pH；

②配制相同pH的稀硝酸溶液，將此溶液加入有銀鏡的試管內（4）不同意。甲同學檢驗出了Fe2+，可確定Fe3+一定氧化了Ag；乙同學雖然驗證了此條件下NO-3能氧化Ag，但在硝酸鐵溶液氧化Ag時，由于沒有檢驗NO-3的還原產物，因此不能確定NO-3是否氧化了Ag

變量探究實驗因為能夠考查學生對于圖表的觀察、分析以及處理實驗數據歸納得出合理結論的能力，因而在高考試題中屢屢出現。解答此類題時，要認真審題，弄清實驗目的，弄清要探究的外界條件有哪些。然后分析題給圖表，確定一個變化的量，弄清在其他幾個量不變的情況下，這個變化量對實驗結果的影響，進而總結出規律。然后再確定另一個變量，重新進行相關分析。但在分析相關數據時，要注意題給數據的有效性。

（三）分析、推理思想

當實驗設計類試題涉及結構與性質的關系，特別是利用有關化學反應原理（如氧化還原反應、離子反應、酸堿反應、水解等反應原理）來解釋有關過程或現象時，我們可利用相關原理進行分析、推理得出相關結論。

【例7】食鹽中含有一定量的鎂、鐵等雜質，加碘鹽中碘的損失主要是由于雜質、水分、空氣中的氧氣以及光照、受熱而引起的。已知：

氧化性：IO-3＞Fe3+＞I2；還原性：S2O2-3＞I-

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

KI+I2KI3

（1）某學習小組對加碘鹽進行如下實驗：取一定量某加碘鹽（可能含有KIO3、KI、Mg2+、Fe3+），用適量蒸餾水溶解，并加稀鹽酸酸化，將所得試液分為3份。第一份試液中滴加KSCN溶液后顯紅色；第二份試液中加足量KI固體，溶液顯淡黃色，用CCl4萃取，下層溶液顯紫紅色；第三份試液中加入適量KIO3固體后，滴加淀粉試劑，溶液不變色。

①加KSCN溶液顯紅色，該紅色物質是（用化學式表示）；CCl4中顯紫紅色的物質是（用電子式表示）。

②第二份試液中加入足量KI固體后，反應的離子方程式為、。

（2）KI作為加碘劑的食鹽在保存過程中，由于空氣中氧氣的作用，容易引起碘的損失。寫出潮濕環境中KI與氧氣反應的化學方程式：。

將I2溶于KI溶液，在低溫條件下，可制得KI3?H2O。該物質作為食鹽加碘劑是否合適？（填“是”或“否”），并說明理由。

（3）為了提高加碘鹽（添加KI）的穩定性，可加穩定劑減少碘的損失。下列物質中有可能作為穩定劑的是。

A．Na2S2O3B．AlCl3

C．Na2CO3D．NaNO2

（4）對含Fe2+較多的食鹽（假設不含Fe3+），可選用KI作為加碘劑。請設計實驗方案，檢驗該加碘鹽中的Fe2+：。

解析：（1）①加KSCN溶液后顯紅色的是Fe3+，它與SCN-的配合物有多種，中學階段一般寫Fe（SCN）3；I2的CCl4溶液顯紫紅色。

②應用信息“氧化性：IO-3＞Fe3+＞I2”，說明IO-3和Fe3+均能氧化I-生成I2，由題意，加碘鹽中可能含有KIO3、KI、Mg2+、Fe3+雜質，故此處反應有兩個。

（2）據題意“由于空氣中氧氣的作用，容易引起碘的損失”則可推斷KI被潮濕空氣氧化，但反應不能寫成“I-+O2+H+…”形式（因此處沒有酸性環境）。若聯系金屬吸氧腐蝕的電極反應，則能順利寫出有關反應。

KI3?H2O作加碘劑問題，可由題中“加碘鹽中碘的損失主要是由于雜質、水分、空氣中的氧氣以及光照、受熱而引起的”進行分析推理。因為加碘鹽受熱時，KI3?H2O不穩定生成KI和 I2（這一性質可從題中“將I2溶于KI溶液，在低溫條件下，可制得KI3?H2O”分析推得），KI被氧氣氧化，I2受熱易升華。

（3）根據信息“還原性：S2O2-3＞I-”，可判斷Na2S2O3能作穩定劑； C中 Na2CO3水解呈堿性，能實現“I2+OH-I-”的變化，故也可作穩定劑。B中AlCl3水解呈酸性，使I-易被氧氣氧化，D中NaNO2能氧化I-。

（4）實驗方案簡答要注意規范性。

本實驗中I-對Fe2+的檢驗有干擾（因還原性：I-＞Fe2+，加氧化劑時應先氧化I-，所以應加入適量氧化劑），因過量氧化劑可能氧化SCN-，所以后加的檢驗試劑KSCN溶液應加至過量。

參考答案：（1）①Fe（SCN）3∶I????∶I????∶

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

（2）4KI+O2+2H2O2I2+4KOH否KI3在受熱（或潮濕）條件下產生KI和I2，KI易被O2氧化，I2易升華

（3）AC

（4）取足量該加碘鹽溶于蒸餾水中，用鹽酸酸化，滴加適量氯水（或H2O2），再滴加KSCN溶液，若顯血紅色則該加碘鹽中存在Fe2+

綜上所述，化學實驗方案設計的一般方法或思路為：

（1）明確目的原理

首先必須認真審題（如要求采用最簡單或最佳的方案，制取純凈的某物質等），明確實驗目的要求。弄清題目有哪些新的信息，綜合已學過的知識，通過類比、遷移、分析，從而明確實驗原理。

（2）選擇儀器藥品

根據實驗的目的和原理，以及反應物和生成物的性質、反應條件，如反應物和生成物的狀態、能否腐蝕儀器或橡皮，反應是否加熱及溫度是否控制在一定范圍，給出的藥品、儀器或裝置是否足夠，需要補充還是篩選，儀器藥品的規格等。從而選擇合理的化學儀器和藥品。

（3）設計裝置步驟

根據上述實驗目的和原理，以及所選用的實驗儀器和藥品，設計出合理的實驗操作步驟、實驗裝置。學生應具備識別和繪制簡單的實驗裝置圖的能力，實驗步驟應完整而又簡明。

（4）記錄現象和數據

根據觀察，全面準確地記錄實驗過程中的現象和數據。

篇（5）

分類號：B841

1、引言

計算機作為實驗平臺廣泛應用于心理學實驗中，其主要途徑有：（1）使用現成的實驗生成系統編制生成控制文件進行實驗，如E-Prime、DMDX等。（2）與專用的硬件設備聯機實驗，如眼動儀、fMRI等（魯學明，張學民，2010）。（3）直接運行的心理學實驗教學演示軟件，也包括編程者用某種編程語言編制的心理學實驗程序。計算機功能強大，高效靈活，使用方便，而且有較強的多媒體處理能力，文字、圖片、音視頻等都可作為實驗素材。利用計算機作為實驗過程的控制及運行載體，能夠實現實驗過程的自動化，提高實驗效率（盧伊穎，2011）。

但是通用計算機并非為心理學實驗所專門設計，在應用于心理學實驗時存在較大的計時誤差。當前，除了E-Prime等標準化的心理實驗系統，大多數心理實驗軟件都未給出詳細、可行的方法來改善計算機的計時問題。而對于一般以反應時為測試指標的實驗，要求實驗儀器必須具有準確性和恒常性，所獲得的數據精度必須達到一定的閾值才有參考價值。如果計算機的計時不經修正和優化，那么所測得的數據不能保證是可信的。本文首先分析了計算機控制心理學實驗的計時誤差產生的原因及特點，然后提出了一種新的心理實驗系統設計方案。

2、計算機控制的心理學實驗計時問題

常見的計算機操作系統，如Windows、Linux等是都是復雜的多任務操作系統，其核心功能之一便是對并發執行的任務進程按一定的策略進行調度。作為應用軟件的心理實驗程序在運行時即使被賦予最高的任務優先級，仍然不能獨占CPU的運行時間和其他資源，而是可被隨時中斷的，且中斷的次數、時刻、時間都是不可預知的。有研究者認為Windows作為一種多任務操作系統因為不能提供精確的計時，所以不適合用作心理學實驗（My，ors，1999）。雖然一些研究者提出了一些提高計時精度的方法和技術（De Clercq，Cormbze，&Buvsse，2003；陳素華。謝水清。楊仲樂。2006；Eugene&Dianne，2007；Athanassios，Protopapas，&CheckVo-cal，2007），但是在使用過程中，也必須針對具體的計算機內核和外設進行必要的測試和探討，魯學明和張學民（2010）經過測試發現常用編程環境下只有少數計時函數能達到或高于1毫秒精度。但是這種測試只是研究了計時函數本身的誤差，不能保證這些函數寫進復雜的程序后，和其他進程并行運行時可達到預定的定時精度。

心理實驗軟件是通過顯示器來呈現刺激信息的，但早已有研究者指出顯示器因刷新率的限制在時間控制方面有難以逾越的障礙（馮玲，1995）：在計算機顯示器上呈現刺激時，無論所設計的呈現時間是多少，實際呈現時間只可能是刷新周期的整數倍。例如，刷新率為70Hz顯示器刷新周期約為14.3ms，如果要一個刺激呈現20ms，那么呈現時間可能為14.3ms或28.6ms，實驗程序是不能控制其確切顯示時間的。E-Prime對刺激呈現的精度是毫秒級。但毫秒級是相對的，其所能控制的顯示時間也都是刷新周期的整數倍（陳文鋒，崔耀，張建新，2005）。

心理實驗程序從硬盤讀取多媒體數據時會有幾毫秒到幾十毫秒的等待和尋道時間，多媒體材料從硬盤讀出到寫入顯示緩存所耗費的時間又與硬盤的性能及新舊、文件的大小及存儲位置密切相關。

計算機的輸入設備通常是鼠標、鍵盤或者專用反應盒。這些設備將被試反應傳輸到心理學軟件的過程中都有一定延遲。存在系統誤差，誤差大小是與具體設備相關的，設備型號不同，接口不同，那么數據傳輸的延時就不同。心理學程序不能控制其大小。另外不論是從硬盤讀取數據的過程還是鍵盤值反饋到心理學軟件的過程，都要受到多任務操作系統的影響，其延時具有隨機性。

綜上所述，以計算機作為控制設備，其計時誤差較大，而且具有隨機性、不可控性和不可預知性。

3、新設計方案的提出

E-Prime作為標準化心理實驗系統，采用了多種復雜的技術手段（宮大志，李壽欣，2008），優化了計時精度、系統隨機誤差等重要問題，并詳細的說明了減小誤差的方法。如顯卡測試、異常數據濾除等。目前國內心理學軟件逐漸增多，但普遍沒有提供詳細、可行的方法來改善計算機的計時問題。研究者（魯學明，張學民，2010）對國內心理學的主流期刊近10年的反應時實驗的文獻分析結果發現有50%左右的反應時標準差在100ms以上，高于國外文獻20-30ms～50-60ms范圍。因此，希望實現一種新的心理實驗系統的設計方案。既能實現較為精確的計時，又能保留對多媒體信息的處理能力。

隨著嵌入式設備在精密儀器中的大量應用，可利用嵌入式技術設計一種新的心理實驗系統。系統采用分布式任務處理技術和LED背光控制技術，其架構框圖如圖1所示。

從圖1中可以看到，系統采用分布式任務處理技術，除了MCU（主控微處理器）外，還有一個多媒體處理器。MCU負責控制整個實驗流程，而多媒體文件數據量大，處理費時，因此多媒體處理器只負責接收MCU的指令，按指令要求來讀取固態存儲器中的圖片并發送到液晶屏上。或者清除液晶屏的刺激信息，并將當前刺激已呈現或已經清除的命令立即反饋給MCU。MCU根據返回的刺激呈現狀態可以決定內部定時器的開啟和停止，保證定時精確。

該系統基于以下原因保證了較高的計時精度：

（1）沒有使用多任務操作系統，不會出現任務調度導致的隨機誤差。程序使用C語言編寫，直接控制MCU的內部定時器等設備，內部定時器的定時分辨率小于0.1us，可以實現毫秒級的精確定時。多媒體數據按統一格式排放，并按地址順序存儲在固態存儲器中，刺激信息從讀取呈現的時間是一個常數。

（2）采用LED背光技術，可以突破因顯示器刷新率而導致的時間控制瓶頸。不同于CRT顯示器的射線循環掃描方式，TFT液晶是一種保持型顯示器件，通過透光的方式來顯示信息，所以如果LED背光關閉，人眼將無法看到在液晶屏上顯示的圖像。TFT液晶的上述特性為LED背光控制技術的應用提供了可能。為了準確控制刺激的呈現時間，從圖l可以看到MCU直接控制LED背光的電路，而且在刺激呈現流程上可以如下安排：①關閉液晶的LED背光。②將要呈現的刺激顯示到液晶上（LED背光關閉，所以被試看不到刺激）。③打開LED背光（被試看到刺激），定時器開始計時。④計時結束，關閉LED背光。根據以上流程，刺激呈現的誤差只有定時器的定時誤差和LED背光的開關延遲，由于定時器的分辨率小于0.1us，LED的開關延遲只有20微秒，所以LED背光控制技術可以實現刺激呈現時間的真正的毫秒級精度。

（3）輸入設備選用微動按鍵，并連接到MCU的中斷功能管腳。按鍵采用分離設計，避免掃描、去抖導致的延時，當按鍵按下后可立即觸發中斷，并控制定時器的開啟或停止。而從中斷觸發到定時器開關只有幾個指令周期的時間，其數量級為微秒級。

該系統還有用于主試操控該系統的顯示屏模塊和PSI2鍵盤，實現良好的人機交互界面的同時，也保證主試與被試之間的隔離。此外系統還有USB接口，可以將實驗數據以存儲到U盤等存儲介質上，便于后期處理。

4、實驗過程及分析

4.1 實驗設計

本實驗的目的在于測試新心理實驗系統呈現刺激的計時誤差和反應鍵的計時誤差。

刺激呈現的計時誤差測量：（1）不使用LED背光，連續呈現多張不同顏色的純色圖片，設定每張圖片呈現時間為200ms。用AL250型邏輯分析儀連接到液晶驅動端口的數據管腳。當不同顏色圖片切換時液晶驅動管腳的數據會發生有規律的改變，由此可計算出刺激的呈現時間。（2）使用LED背光呈現刺激，用示波器測量LED背光開關控制信號波形。

被試反應鍵的計時誤差測量：使用LED背光呈現刺激，屏幕前端放置高速光耦。光耦輸出端接反應鍵的所連接的中斷引腳。這樣相當于刺激一旦呈現反應鍵被立刻按下，理想反應時間應該接近于0。測試時使用微控制器內部定時器。共測量100次。

4.2 結果與分析

4.2.1 刺激呈現計時誤差對比

PST公司曾經在一臺PC上做過測試：在顯示器上連續呈現多張圖片（不采用E-Prime優化計時誤差的技術），每張圖片呈現200ms（Schneider。Eschman，&Zuccolotto，2002）。測試結果如圖2所示：在兩次測試中都出現了峰值。最高達934ms。且峰值出現的時間是隨機的，另外每張圖片的呈現時間都高于設定值105ms以上，這是圖片從讀取到顯示所花費的準備時間。

該新系統測試結果（不用LED背光呈現刺激）如圖3所示，當程序設計呈現時間為200ms時，測試的結果為190ms～205ms。誤差產生的原因正是顯示器的刷新率導致的。測試所用顯示器刷新率為70Hz。刷新周期約為14.3ms。14個和15個刷新周期的時間分別約是191.3ms和205.0ms，測試結果也驗證了上文分析。

使用LED背光控制刺激呈現時間時，測試數據顯示誤差在微秒級別。圖像不再畫出。雖然刺激呈現時間精度很高，但LED背光開啟關斷會引起顯示器亮度的較大變化和刺激的不連續，可能不符合某些心理學實驗要求，可以采用多視場速視器的設計方法解決。

4.2.2 反應鍵的計時誤差對比

經測試。被試反應鍵的計時誤差在41～47us之間，平均值是43.6us。而計算機系統由于硬件設備的多樣性，不同設備輸入延時不盡相同。E-Prime對特定型號的鍵盤鼠標和專用SRBox做了測試，平均延時鍵盤約是7ms，鼠標約是92ms。SRBox約為1.25ms。而SRBox反應時間經E-Prime優化后減去了平均延時，最小誤差值甚至會出現負值（Schnei-der，Eschman，&Zuccolotto A，2002）。測試結果表明該系統反應鍵延時遠低于計算機系統鼠標鍵盤的延時，且沒有多任務系統導致的隨機誤差。

篇（6）

藥物化學的主要任務就是探索新藥開發的途徑和方法，創制安全高效的新藥，以滿足臨床的需要。開發有某種活性且有價值的先導化合物，對其結構進行一系列的改造和優化以期創造出療效較好、毒副作用較小的新藥；改造現有的藥物或有效化合物以期獲得更為安全和有效的藥物。故藥物化學是一門非常注重實驗教學的學科，實驗教學不僅是理論教學的重要補充，更是培養學生創新能力和綜合能力、提高學生綜合素質的重要途徑。傳統的實驗教學的主要形式均是針對藥學專業的各門課程的驗證性實驗為主，在實驗過程中學生們按部就班地根據書本上已有的實驗步驟和方法去操作，這樣的教學形式雖然教授了學生基本的實驗技能，但卻沒有給學生以自我發揮的機會，很容易導致學生主動學習的意識不強，束縛了學生自由思維的空間，不利于創新精神的培養。設計性實驗的引入旨在培養學生的綜合素質，提高其創新能力和綜合能力。

那么如何在藥物化學實驗中實施設計性實驗教學呢？首先，由任課教師給出實驗目的及要求，其次，學生通過查閱相關文獻自行設計實驗方案并開展相關實驗操作[2-5]。這是以教師為引導、學生為主體的實驗教學方式，需要學生在學習過程中投入更多的精力、發揮更大的主觀能動性，教師則需要完成更多的課前準備工作：從課題選擇、方案設計、實驗準備、實驗實施、結果分析等多個環節入手進行準備，充實和完善設計性實驗的教學方案。在具體實施過程中，我校選擇了藥學本科已經掌握了有機合成基本知識的大三學生進行設計性實驗教學[6-8]。

1 如何設計課題

1.1 實驗課題的選擇

如何進行設計性實驗課題的選擇呢？這首先需要教師完成很多的課前準備工作，譬如原料是否容易獲得、實驗儀器能否滿足、實驗操作的難易程度、實驗時間的長短、參與人數的多少等，同時還需要考慮學生的基礎知識掌握情況、《有機化學》課程的開展情況和學生具體學過了哪些基本操作，在藥物化學設計性實驗課程中如何從更深的層面來進行研究性學習。

我校學生在已有課程中已經學過有機化學和藥物化學的理論知識，在設計性實驗課程中選擇撲熱息痛這一經典的解熱鎮痛藥作為研究對象。針對藥物化學專業的基本要求、特點以及設計性實驗的題目和內容設計的原則，討論后提出了《撲熱息痛的合成》這個題目和本實驗設計的一些基本要求。學生三到四人一組，采取組長負責制，各自選取不同的合成路線來進行方案設計。

1.2 實驗方案的設計

在以往的驗證性實驗中，通常都會給出具體的原料和試劑用量，以及詳細的實驗步驟，學生只需機械性、按部就班地完成實驗操作，即可獲得預期的實驗結果，雖然學生在實驗操作過程中發現的問題教師也都能及時幫助解決，但學生的實驗的主動性不能得以體現。

在設計性實驗教學中，沒有現成的實驗步驟供學生參考，實驗方案需要學生通過文獻調研自行設計，所以首先要培養學生如何進行查閱文獻、如何通過整理分析獲得所需要的信息。實驗方案在很大程度上決定了實驗的成敗與否。授課教師首先要講解如何進行專業文獻的查閱，并對學生的文獻查閱進行指導，譬如可以利用網絡搜索工具或現有的圖書期刊等，網上資源主要包括一些常用的中英文數據庫，如Scifinder和Beilstein檢索，以及中國知網、萬方、維普、Web of Science、ACS、Elesevier、Wiley-Blackwell等，另外還包括專利文獻的檢索和獲取，二次文獻的使用等等。之后每組學生再就各自選題查閱相關文獻，對文獻進行分類整理并討論分析。本著節省經費、操作簡便、安全無毒的原則，討論每種合成方法的優缺點及可行性，選定最優的合成路線。接下來就各組實驗方案進行組間討論，教師給予一定的指導，引導學生互相交流、獨立思考并如何解決問題。各組學生經過多次組間討論以及與教師的討論都可完成實驗方案，包括實驗題目、目的要求、儀器試劑、實驗步驟、預期結果及參考文獻等。這種以學生為主、教師為輔的設計性實驗教學方式不但提高了了學生學習的主觀能動性，而且鍛煉了學生查閱文獻和分析問題、解決問題的能力，還促進了學生的團隊協作精神。

2 如何實施實驗

2.1 實驗的前期準備

實驗的前期準備工作需要任課教師、實驗教輔人員和學生的相互配合。學生依據實驗方案列出所需設備和儀器試劑等，提前一周遞交給實驗室管理人員。實驗教輔人員再根據學生提交的實驗方案準備所需的實驗設備和儀器試劑，另外，實驗教輔人員還可以指導學生正確使用相關儀器。任課教師需進行預實驗，在學生提交的實驗方案的基礎上，對該藥物的合成方法進行全面而系統的檢索和總結，找出適合實驗室操作的多種合成方法和路線。在預實驗的過程中，認真記錄實驗現象和結果，列出實驗的注意事項，并對各條路線的優缺點進行全面的分析，對每步反應做到心中有數，這樣才能指導學生進行實驗操作。實驗前要向學生特別強調安全問題及注意事項。

2.2 實驗的具體實施

以“撲熱息痛的合成”為例，除了讓學生了解設計撲熱息痛的一般方法，培養學生靈活運用已掌握的理論知識和實驗技能，通過查閱有關資料，自行設計實驗方案，從而提高學生分析問題和解決問題的能力。圖1就是學生查閱的撲熱息痛的幾種常用合成路線及各條路線的優缺點。

具體方案如下：①學生提前一周從網上查閱藥物的合成方法，完成相應藥物合成方法的綜述，并說明現行的工業生產方法，設計出合理的實驗室合成工藝路線。②進行組間討論，方案經教師審閱后，若方法合理，條件具備，學生可按照自己的設計方案進行實驗。③學生依據與教師研討的結果，在一周內寫出相關藥物的合成方法的具體操作步聚，做出具體的實驗方案，包裝化學反應方程式，原料的物化常數，原料的配料比，反應所用的儀器設備和輔助材料，反應的裝置圖，反應的關健控制點，產品純化的方法，預期的收率等。④要求學生按事先規定的投料比進行實驗，仔細觀察實驗現象，認做好實驗記錄。⑤實驗結果和實驗報告作為學生藥物化學實驗考核的主要指標。

設計性實驗教學的開展就是為了促進學生主動思考，提高他們分析問題和解決問題的能力。在實驗過程中，教師不再講解實驗內容，而是鼓勵學生按照各自查閱好的實驗方案完成具體操作，對于實驗過程中出現的問題教師并不立刻給出建議，而是鼓勵學生互相交流、共同研討解決方案。通過這種教學改革的嘗試，發現基本上每組學生都能完成實驗方案，達到預定的目標，取得了預期成果。但在實驗過程中也發現了一些值得注意的問題：一是學生對實驗現象的觀察和記錄不夠仔細，很多學生的實驗記錄本上只有幾組簡單的實驗數據；二是部分學生實驗中遇到問題不能很好地處理，導致實驗進程的延緩或結果的誤差；三是教師對實驗可能出現的問題預計不足，譬如個別試劑短缺造成實驗進度減慢等等。這些問題在今后的教學實踐中都有待逐步解決，教師和學生共同努力才能更好地完善設計性實驗教學。

圖1 撲熱息痛的常用合成路線及各自的優缺點

2.3 實驗的分析總結

在設計性實驗教學中，分析總結實驗結果也是非常重要的一個環節，學生通過對整個實驗過程的思考與整理，鍛煉了他們分析問題和解決問題的能力，奠定了他們從事初步的科學研究工作的基礎。

各組學生均要完成一份實驗報告，實驗報告內容包括實驗目的、實驗要求、實驗步驟、實驗現象、實驗結果、實驗討論等幾部分，主要討論設計性實驗的過程和結果，對不同反應路線的優缺點進行討論和總結。分析實驗成功或者失敗的原因，然后師生一起總結交流，找出需要改進的地方并提出解決方案。教師對學生所采用的合成路線及實驗結果進行點評，分析利弊，使學生更好地了解如何設計藥物的合成路線并對其進一步研究。

3 如何分析總結實驗效果

篇（7）

文章編號: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

靶場是軍事攻防性能評估的重要場所,是新武器試驗測量的綜合測試平臺,為各種高技術武器裝備提供先進的測量手段,并加快高新武器的開發步伐。近幾年靶場組織完成的多項試驗表明,射擊試驗正在成為制約順利完成復雜武器系統試驗任務的瓶頸[1]。為適應未來信息站和電子戰的需要,對于射擊試驗測控仿真平臺的研究已迫在眉睫。該平臺以某新型高炮武器系統的射擊試驗測試評估為背景,實現靶場測控方案設計的自動化、可視化和智能化。在未來信息化條件下,為靶場順利完成復雜武器系統射擊試驗測控任務提供了前提保證,并力爭在測控方案推演優化技術上有所突破,進而推廣到其他復雜武器系統。

1 靶場射擊試驗測控仿真平臺的構建

1.1 仿真平臺二維態勢顯示模塊的開發

平臺依托二維地圖,直觀地顯示相關設備、地形等具體布局。靶場二維地圖的建立經過獲取航拍圖片,矢量化處理,獲取格網DEM數據,再利用格網DEM提取等高線。同時,對于地圖上的建筑、河流、道路、地形和地貌等進行手動處理,采用數字地圖中常用的分層處理方式。在地理信息系統中,DEM最主要的3種表示模型是:規則格網模型、等高線模型和不規則三角網模型[2]。在靶場的射擊試驗測控仿真系統中,采用了等高線模型。

等高線模型表示高程,高程值的集合是已知的,每一條等高線對應一個已知的高程值,這樣一系列等高線集合和它們的高程值一起就構成了一種地面高程模型,如圖1所示。

圖1 靶場數字地圖

1.2 平臺相關模塊之間的邏輯結構

靶場高炮武器系統射擊試驗測控仿真平臺是一個基于XML的實時分布交互仿真系統,由方案制定、參/被試品系統控制單元、二維態勢顯示、仿真管理、數據管理和關鍵參數計算等節點組成。

方案制定人員通過選定測控方案的任務類型,設置參試品(飛行目標)和被試品(高炮武器系統)的初始狀態,對參/被試品系統控制單元對選定的任務類型、系統的初始狀態進行評估、數據傳輸和關鍵參數計算等操作,判斷測控方案制定的可行性。該系統為靶場高炮武器系統射擊試驗測控仿真、路徑規劃、關鍵參數認證、方案優化等研究提供了仿真環境。該系統靶場射擊試驗測控仿真及服務器的邏輯結構如圖2所示。其中,二維態勢顯示節點客觀、實時地表示出選定的試驗任務中的各種仿真實體的狀態,供操作人員進行仿真效果評估,并為方案的優化工作提供數據支撐。

圖2 靶場射擊試驗測控仿真平臺邏輯結構

2 組件式開發

靶場射擊試驗測控仿真系統的二維界面是利用VC和MapX組件混合開發的。作為靶場射擊試驗測控仿真系統的二維節點,二維態勢顯示模塊實現的主要功能包括:數字地圖顯示、縮放、移動、地圖漫游;地圖信息顯示;參/被試品模型動態顯示;通視判斷;測距、測角、坐標系轉換等工具模塊調用;二、三維數據傳輸、通信及同步顯示。另外,系統還實現了圖層顯示控制、方案類型選擇、數據管理和數據交互等功能。這些功能的實現已經有比較成熟的方法,在此不予討論。

3 二/三維同步顯示的數據交互

在進行方案演示過程中,需要將二維地圖上獲得的數據實時地傳輸給三維模塊,傳統RTI數據的傳輸量總體上小,對于數據量巨大,傳輸頻率小的數據,如果使用RTI進行傳輸會影響整個分布交互仿真系統的性能。

采用基于XML格式的數據交換能夠很好地解決此問題。XML(extensible markup language)具有可擴展、自描述、代碼數據和表示分離等特點,可以作為數據交換的標準格式[3]。XML Schema時XML模式描述語言能夠定義XML文件的語法模式,具體包括數據結構、數據順序、以及數據之間的邏輯關系等。

在靶場方案演示和方案優化的模擬仿真中,XML數據交換接口負責傳輸的數據有態勢數據、參/被試品初始狀態、參試品飛行狀態、被試品捕獲射擊狀態、測試設備測試數據、方案推演數據等。部分具體的交互數據如圖3所示。

圖3 二、三維數據交互

依據這些數據的具體結構和邏輯關系,首先應用XML Schema定義XML數據文件的基本結構(包括數據結構、數據類型、數據存儲樹型結構,以及數據單元的順序和數量等),然后在此基礎上利用MSXML SDK提供的文檔對象模型DOM的API接口實現從C數據結構到XML文檔的數據編碼接口和從XML文檔到C數據結構的數據解析接口。為保證數據傳輸的完整性,同時還利用預先定義好的XML Schema實現了對特定XML數據文件的校驗功能[4]。

4 Virtools三維建模軟件

法國全球交互三維開發解決方案公司Virtools開發了Virtools系列產品,其三維引擎已經成為微軟XBox認可系統,其特點是方便易用,應用領域廣泛[1]。它除了自身的3D/VR開發平臺Virtools Dev以外,還集成了5個可選模塊,即網絡服務器Virtools Server、物理屬性模塊Physics Pack、人工智能模塊AI Pack、 Xbox 開發模塊和沉浸式平臺VR Pack。

Virtools Dev是專門用來設計制作 3D 世界的軟件,其內部集成了500 多個行為模塊,其中的Run VSL模塊可運行用戶自己添加的Virtools語言代碼,利用這些行為模塊可以相互搭配串聯設計出許多不同的互動效果。

Virtools Dev可對二維對象、文字、三維對象及聲音、影片等進行操作,其中的三維對象資源可由3DSMAX等3D軟件制作的三維對象模型或三維動畫通過安裝好的插件輸出文件以#.nmo 格式導入。

本課題主要是應用 3DSMAX 和 Virtools 工具,充分運用 Virtools 開發工具的優勢,對虛擬靶場環境及被試武器、參試目標、測試設備等試驗相關要素的外觀模型和相關特征模型的建模技術進行研究。

5 結 語

在此介紹了靶場射擊試驗測控方案設計的實現方法,建立了可實現二、三維同步傳輸的網絡化方案設計平臺。二維操作界面實現了放大、縮小、漫游等各種功能操作,同時可以獲得需要的DEM數據文件,并采用XML語言進行大數據量交互。隨著網絡技術的進一步發展和GIS在靶場的更廣泛應用,新測控方案的實現方法還需要進一步研究與探索。

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篇（8）

1 引言

為減少煙氣排放對大氣環境的污染，國家環保總局規定燃煤火力發電廠煙氣排放需配套建設脫硫設施，煙氣脫硫后的溫度，成分，運行工況均與脫硫前有很大區別。這種減排前提下，煙囪的設計選型和防腐處理也將有很大的變化。

脫硫后煙氣的腐蝕特點及機理

2.1煙氣溫度特點

目前國家煙氣脫硫工藝有濕法脫硫、干法脫硫、半干濕法脫硫、循環硫化床脫硫等多種脫硫工藝。其中石膏-石灰石濕法脫硫工藝因為技術成熟，脫硫效率高而被廣泛采用[1]。火電廠鍋爐直接排放到煙囪的高溫煙氣溫度一般為130oC~160oC，稱為“干煙囪”，煙氣經過濕法脫硫吸收塔洗滌后一般溫度為40oC~50oC；而經過煙氣加熱裝置（GGH）增溫后，煙氣可達70oC~80oC，稱為“濕煙囪”[2]。

2.2煙氣腐蝕特點及機理

對于“干煙囪”，由于內壁處于干燥狀態，煙氣對煙囪內壁材料不產生直接腐蝕。

對于“濕煙囪”，脫硫后的煙氣通常在50oC~80oC，煙氣在煙囪口排放時，易凝結在內壁上，形成酸液，沿內壁下流過，部分又被蒸發，造成內壁凝結液中酸濃度逐漸增大，由于煙氣流動，腐蝕環境呈現為動態，腐蝕介質隨時更新，對鋼，水泥等材料產生極為迅速的腐蝕破壞[1]。以鋼材為例，濕煙氣在40oC~80oC的溫度環境下其腐蝕速度比其它溫度下高出3~8倍[3]。

3 煙囪設計選型

3.1煙囪的結構選型

由于傳統的單筒式煙囪不能確保內襯和保溫層的致密，易產生裂縫和縫隙，脫硫后的煙氣在內壁形成酸結露，沿著縫隙向鋼筋混凝土筒壁進行滲透，這種腐蝕很難被發現和檢測，對煙囪的安全運行是潛在的危險隱患。故脫硫后的煙氣，應該按強腐蝕煙氣來考慮，“濕煙囪”宜選用多管式或套筒式[3]，即承重外筒與排煙筒分開，使外筒受力結構不與強腐蝕性煙氣相接觸，排煙內筒采用耐酸防腐措施，如圖1所示。

3.2內筒防腐材料的選擇

煙囪通常設置脫硫旁路系統，存在脫硫系統運行，脫硫系統停運，短時鍋爐事故等幾種狀況，筒內環境在干燥-潮濕-干燥狀況下交替變化，這與不設脫硫旁路系統，煙囪單工況運行有很大區別[3]。故煙囪防腐材料的選擇除考慮煙囪的主要運行工況外，還須考慮適應其它運行工況，以及工況變化時溫度交替變化對防腐材料性能的影響。國內電力行業常采用以下幾種防腐材料：

1.內襯金屬合金薄板（鈦板）

合金薄板的厚度一般為1~1.2mm。采用爆炸復合、爆炸-軋制復合、直接軋制等工藝加工，將耐腐蝕效果極好的鈦、鎳金屬與鋼板結合成鈦、鎳-鋼復合板，該材料防腐效果及耐久性好，但焊接技術要求高，工程造價高。目前，國內排放低溫脫硫煙氣（40oC~50oC）的鋼排煙筒采用金屬復合鈦板的工程實例有，華能玉環電廠4x1000MW煙囪、山西王曲2x600MW煙囪等。

2.VEGE鱗片復合材料（玻璃鱗片）

該復合材料在耐腐蝕性，抗滲透性，耐溫（熱沖擊）性均有良好表現，且耐磨[4]。使用壽命一般在15年左右[5]，適用在煙氣溫度不大于200 oC的工作環境。多用于脫硫吸收塔，水平煙道，對于垂直排煙筒的工程實例僅限于鋼結構排煙筒。

3.發泡玻璃磚

由無機材料硼硅玻璃經發泡后形成，采用專用粘接劑粘貼在鋼質排煙筒內側。該材料具有輕質，耐高溫，耐腐蝕，低導熱性等特點，形成隔離層密閉性能好，結構安全性高，運行期間維護費用低。Henkel防腐玻璃磚，品質好，造價高[3]，國內也有多個發泡玻璃磚和粘接劑的品種。山西霍州電廠，江蘇利港電廠的煙囪均采用了此類防腐措施。

4.玻化陶瓷磚

長期抗酸，耐各種濃縮酸，包括氯化物在內的各種廢氣冷凝液，對煙氣溫度變化適應能力強，可適用于200oC~450oC溫度，以及干濕交替變化環境[3]。

該防腐材料可作為內襯，粘貼于鋼排煙筒內壁，也可直接作為煙囪內套筒-排煙筒的砌筑主材，無需設置鋼筒，以降低煙囪造價。北侖電廠三期選用了此項防腐材料的措施。

5.BSJ-Y型整體耐酸澆注料

該澆注料耐酸、耐熱、重量輕、強度高，整體澆注可消除形成煙氣腐蝕的薄弱環節、有效地提高防腐隔熱性能、抑制裂縫及其擴展。但該材料固化過程中存在很大的收縮，應采用合理的施工方案，并設置防開裂的施工切縫及相應的密封措施[2]。

4注意事項

煙囪的防腐材料多種多樣，但各有適用范圍，應根據煙囪可能存在的運行工況，來選擇適用的防腐材料，并采用合理的施工方案。

例如，當介質溫度高于100 oC時，不應選用密實型水玻璃類防腐材料，其中耐酸膠泥就屬于這一類材料。電廠實際運行中，由于脫硫系統運行的穩定性等原因，會在脫硫和旁路系統兩種工況下切換，使得煙囪的使用環境在50oC 飽和稀硫酸環境和超過130 oC 旁路干燥煙氣環境之間變換，這就決定了：在目前國內的脫硫裝置運行現狀下，煙囪并非單工況運行，煙囪內防腐材料不能選用耐酸膠泥類材料[2]。

不僅如此，防腐材料市場魚龍混雜，以次充好的實例屢見不鮮，除選擇適用的產品同時，還需對產品質量嚴格把關。

例如，美國Henkel防腐玻璃磚，造價高，考慮經濟因素，電廠業主通常選用國產玻璃磚產品，但很多國產發泡玻璃磚的材質和粘接劑不過關，貼牌生產情況很多，產品質量難有保證，防腐的隱患不言而喻[2]。

因此，選擇防腐材料時，應對產品做綜合全面的考察，不應一味追求經濟因素而忽視了產品質量問題。

5工程實例

以某電廠2x600MW燃煤機組一座鋼內筒直徑6m，高240m的套筒式煙囪為例，就筒內襯采用復合鈦板，Henkel玻璃磚，玻化陶瓷磚，玻璃鱗片等4種防腐方案分別進行了技術性能和經濟性的比較，如表1及圖2所示。

通過圖2可以看出，在其它構件造價一定的情況下（如混凝土外筒，鋼內筒，鋼梯平臺等），防腐方案的費用直接影響到煙囪的造價。鋼筒內襯復合鈦板投資較高，其煙囪造價也明顯偏高，而筒內襯玻化陶瓷磚費用最低，故煙囪造價也最低。結合表1和圖2，從安全可靠，經濟適用的角度進行比較分析，可知：內襯防腐采用玻化陶瓷磚的方案值得推薦，采用Henkel玻璃磚或玻璃鱗片，也是不錯的選擇；至于復合鈦板，盡管耐腐蝕效果好，但價格昂貴，投入成本較高。

值得一提的是，玻化陶瓷磚除可做鋼排煙筒內襯之外，單獨砌筑形成內筒，省去鋼排煙筒費用，降低煙囪造價。

篇（9）

中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）25-0039-02

2016年2月，國務院針對城市交通阻塞問題提出了“街區制”的解決方案，提出居民小區和企事業大院應逐步向社會開放，優化城市路網，提高城市的交通效率。2016年7月，中國人民大學，北京航空航天大學，中國政法大學等多所北京高校率先開放校園道路，以促進區域交通微循環，減少過往車輛繞校園的現象，被社會媒體解讀為“大學拆墻”。很顯然，隨著中國高校從上世紀五十年代的“大院制”向世界名校“街區制”的發展趨勢，中國高校將呈現開放式辦學的全新姿態，向社會提供了交通資源、教學資源、實驗資源與科研資源，這是當前中國高校開放式辦學的宏觀背景[1]。

隨著普通高校對教學目標的重定位，特別是各類工程院校意識到培養應用型人才才能響應中國生產力提升的需求，能解決學生就業難問題，因此提出了多種新型的實踐教學法，與生產需求掛鉤，請企業工程師擔任實踐教師，圍繞著生產問題而布置學習內容[2]。這樣實驗室從傳統的理論教師安排實驗項目，轉變為學生根據生產需求，在實踐教師的引導下，自發申請實驗項目。理論教師根據學生申請，安排實驗室開放時間和開放項目，學生可以在指定的時間，在企業工程師、理論教師的共同指導下開展實驗。這是當前中國高校開放式辦學的微觀背景[3]。

綜上所述，在中國高校開放式辦學的需求下，高校的實驗樓周邊人群復雜，實驗室利用率提高，實驗安排繁忙，實驗項目從風險可控的驗證型實驗向不可預見結果的研究型、設計型實驗轉變，從而形成了越來越難以掌控的實驗室安防態勢。在復雜的實驗室開放環境下，一旦發生實驗室突發事件時，因為校保衛處和保安公司對實驗室情況不熟悉，采取錯誤的應對措施，就會引發嚴重的事故。因此在實驗室事故發生時，需要采用先進科技判明事故類型，查詢最佳處置預案，把事故詳情通知實驗室的責任人，把處置預案告知保安，并調集實驗室師生前往支援。針對這一需求，應用“感知層、網絡層、應用層”三層開發架構，設計了一個開放實驗室物聯網安防系統，將能有效地控制突發事故時的經濟損失和人員傷亡[4]。

1 物聯網架構的設計

本設計在實驗室前端安裝了各種傳感器，以實現事件類型的感知。一般來說，門磁傳感器被布置成有線的形式，可檢測門窗在未開放時段被異常打開的突發事件；有毒氣體傳感器布置成有線的形式，安裝于化學實驗室的操作臺，用于檢測實驗過程中操作流程錯誤導致的毒氣泄露事件；可燃氣體傳感器布置成有線的形式，安裝于可燃氣體管道附近，用于檢測實驗后未關閉氣管的事件；RFID傳感器布置成有線的形式，分為兩種，一種是915Mhz的10m距離的讀卡器，用于檢測貴重設備是否被帶出特定實驗室，一種為13.56Mhz的IC卡門禁讀卡器，配合門磁傳感器，可用于非法入侵實驗室事件；人體紅外熱釋電傳感器布置成無線的形式，布置在交通要道處，將隨著實驗樓承擔不同的研究任務而導致人流熱點區域改變即時調整位置，可以用于檢測實驗樓各區域的繁忙態勢，大數據分析表明，實驗室的安全事故和使用人流量存在著一定的相關性；撞擊傳感器布置成無線的形式，用于檢測敏感區域破壞墻、門、窗的事件；爆炸傳感器也布置成無線形式，用于在發生爆炸事故時，分析爆炸區域和規模，快速計算疏散路徑的用途；攝像頭采用串口通訊的方式，用于獲取突發事件發生瞬間的圖像信息，以便云端可以人工檢查事件類型，減少誤報事故，同時事故瞬間相片也能讓實驗室負責老師在第一時間了解實驗室的真實狀態，更好指導保安采取正確的處置措施[5]。在每個實驗室內各種傳感器的后端，布置MCU（Micro Controller Unit）模塊。MCU通過有線和無線的方式，收集傳感器監測到的突發事件[6]。

在網絡層，MCU把突發事件編碼，拼接成“房間號，事件號”字符串，通過3G Modem，應用Socket通訊技術向云安防中心發送字符串。在實驗室突發事件的同時，MCU向攝像頭發出拍照指令，得到事故瞬間相片。MCU通過3G Modem，將事故現場相片上傳云應用層的安防中心。隨后，MCU也將報警以短信形式發送給實驗室的負責教師，將事故圖像以彩信的方式發送給實驗室負責教師。

物聯網的應用層也稱為“云端”，保衛處在云端建設安防中心，收到各實驗室MCU發來的報警信息后。第一步，先呼叫當班保安立即前往事故現象查看。第二步，在預案數據庫檢索相應的應對措施，調取師生安全員的聯系方式，對所有師生安全員群發事故短信，并撥打師生安全員手機，要求師生安全員到現場協助保安處置事故。第三步，向保衛處領導，實驗室相關院系領導，學校分管領導匯報警情，以備事件難以控制時，能更加有效地組織施救團隊，以及大規模調動應急物資。

2 硬件開發

在本系統中，感知層有較多的硬件開發工作。每個實驗室的核心MCU都要外接十多個傳感器，還需要連接“3G MODEM”。因此選擇飛思卡爾公司的“MC68HC908GP32”芯片，可外接最多33個傳感器，也可通過“MAX232”芯片發送AT指令，從而控制串口上的“3G MODEM”。“3G MODEM”選擇華為公司生產的“GTM 900C”，因為內嵌了“TCP/IP”協議，使得圖像上傳和彩信發送較容易實現。攝像頭選擇深圳市高信通電子有限公司生產“GXT-Y101”的模塊，其特點是可以通過串口接受MCU發出的拍照指令，又能壓縮圖像為JPEG格式，減少串口通訊耗時。

網絡層的通訊工作主要由“GTM 900C”模塊承擔，內置了“增強AT指令集”，因此具有較強大的Socket通訊、短信發送、圖像傳遞、彩信發送的功能。實驗表明，在傳遞“房間號，事件號”短信時，只需耗時4s，以彩信的方式傳遞一張50 kB事故實時圖像，只需耗時30s。

以MCU上傳事故圖像為例，完整步驟如下：（1）MCU通過IO腳檢測到傳感器事件；（2）MCU通過串口1，向傳感器同房間的攝像頭發送拍照指令“5600360100”，攝像頭完成事件瞬間的圖像的感知工作；（3）MCU向攝像頭發出“5600340100”指令，即要求攝像頭返回照片的數據長度；（4）MCU發出“5600320C000A000000000000A4B90010”，即要求閱讀攝像頭的此時長度為“A4B9”的圖像；（5）MCU收到圖像后，發出指令“5600360103”，攝像頭又恢復到待機狀態；（6）MCU通過IO腳虛擬的串口2，向“GTM 900C”發送“AT+CGDCONT = 1， "IP"， "CMNET"”指令，完成APN配置工作；（7） MCU向“GTM 900C”發送“AT%ETCPIP = "user"， "pw"”，完成TCP/IP通訊的狀態設置；（8）MCU向“GTM 900C”發送“AT%IPOPEN = "UDP"， "xxx.xxx.xxx.xxx"， 1800，， 1237”完成UDP的設置，即用本地的1237端口與互聯網上的xxx.xxx.xxx.xxx的IP地址上的1800端口發起通訊，建立UDP連接；（9） MCU向“GTM 900C”發送“AT%IPSEND = "（圖像數據）"”，完成事故圖像向云端的安防中心的上傳，傳遞50 kB的事故圖像約18s；（10） MCU向“GTM 900C”發送“AT%IPCLOSE”，通知“GTM 900C”切斷UDP連接，進入待機狀態。

3 云端軟件開發

云端安防中心模塊結構見圖1，云端通過WINSOCK模塊接收各實驗室的門禁信息，通過WINSOCK模塊接收各實驗室的突發事件傳感器信息和現場圖像，通過一個“GTM 900C”模塊群發調度指令給當班的保安，要求大樓保安和巡邏保安趕往出事地點，也可通過保安的手機移動APP實現對保安的調度。計算服務器接著按“房間號”、“事件號”為查詢關鍵詞，在SQL SERVER數據庫搜索相應的“處置預案”，并從處置預案中獲得師生安全員的聯系方式，通過第二個“GTM 900C”模塊向師生安全員和保安群發處置預案，要求各人員嚴格按處置預案開展應急措施，避免事故擴大或造成應急人員傷亡。最后實現彩信群發，向所有應急人員現場照片，讓應急人員對現場內部狀態有較準確了解。

如果學校規模較大，或是要將教室、辦公室也納入安防監控體系，可以通過增加計算服務器來提高指令的效率。把各計算服務器布置成并行作業的狀態，每一臺計算服務器都具有應急指揮的完全能力，每臺計算服務器在下達應急指令過程中，從空閑狀態轉變為繁忙狀態，由其他空閑計算服務器來響應新的事故報警。該設計使得云端具有同時應對多個事故的指揮能力，而且即使若干計算服務器突然損壞，也不會導致應急指揮的中斷。實踐證明，每三百個實驗室、教室、辦公室配置一臺計算服務器，在多起突發事件同時發生時，云端仍然具有多點撲救的指揮能力。

4 結論

系統在南京理工大學紫金學院進行了測試。紫金學院采用了“項目教學法”來培養應用型人才，應用了“任務引領，實踐導向”的教學思想，學生在企業實踐教師的指導下，根據生產需求，自行設計了各種全新的實驗項目，傳統實驗室管理方法無法適應實踐教學的新需求。應用了基于物聯網的實驗室安防系統后，即使實驗項目日趨復雜，也能按傳感器類型對突發事件進行有效地分類，調取匹配的處置預案，更精準地指揮保安和師生安全員應對實驗室事故。而且在平時，實驗室安防系統可以從門磁傳感器數據統計實驗室的實驗教學的情況，根據IC卡門禁讀卡器數據計算學生實踐學時和教師的實踐課時，通過熱釋電傳感器了解實驗大樓的人群分布，及時調整巡邏保安的巡防區域。所以本系統不僅僅能發揮安防應急指揮的作用，也能加強實踐教學的管理。

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篇（10）

中圖分類號：G482 文獻標識碼：B

文章編號：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

工程造價專業建設目標是面向建筑與裝飾、市政、安裝、園林等建設行業，堅持“以就業為導向，以能力為本位”的指導思想，通過“校企合作、工學結合”的途徑，培養學生具有良好的職業道德和職業技能，掌握工程計量與計價的方法和工程造價管理的基本原理，可以編制工程量清單文件、招投標文件、項目合同管理文件等的高素質專業技術人員。工程造價專業教學計劃中的大部分課程需要進行實操實訓等實踐環節，同時，工程造價專業用人單位也要求畢業生具有較強的實踐操作技能，因此，工程造價專業計算機實驗室的建設對于工程造價專業來說顯然是重中之重。

2 工程造價專業計算機實驗室的需求分析

工程造價專業計算機實驗室建設之前進行大量調研，征詢相關專業教師與工程造價專業學生的意見，工程造價專業計算機實驗室作為工程造價專業實訓室，應該具備為學生提供進行工程計量與計價、預算組價、招標文件的制作、招標文件答疑、投標文件的制作、評標、開標、合同的簽訂等一系列過程的功能服務。

計算機及辦公軟件 實驗室在規劃建設的時候由于經費限制，首先考慮滿足教學的眼前要求，同時要考慮計算機實驗室的前瞻性和可擴展性，要讓實驗室在一定期限內達到最大利用率。按一人一臺計算機加上教師用機（可兼做服務器），則至少要有61臺計算機，全部計算機需要安裝常用辦公軟件等。

工程造價專業軟件 為了實現建筑工程計量與計價、預算組價、招投標文件管理等功能，要配套相應專業軟件，包括工程造價軟件、計算機輔助繪圖軟件、ERP軟件、項目管理軟件等。

完善的網絡功能 工程造價是一個緊密聯系現實社會的專業，時效性要求比較高，需要隨時掌握各種各樣的一手造價信息，因此，具備Internet瀏覽功能是工程造價專業計算機實驗室必不可少的功能。

多媒體教學功能 多媒體是文本、聲音、圖像、計算機數據這些信息載體混合成的一種便于傳送信息的媒介。工程造價專業計算機實訓室能夠充分發揮計算機的交互性、信息傳送的多樣性，通過多媒體更加直接直觀地介紹建筑工程實體與施工過程，讓師生能夠更直觀、更形象地交流，發揮學生學習的積極性、能動性。

高效的管理功能 學生在實驗室實操實踐過程中，控制使用計算機的時候難免會遇到一些問題，嚴重的話甚至讓計算機癱瘓，所以計算機實驗室應該具備恢復到指定還原點的相關安全防護功能。

3 工程造價專業計算機實驗室建設方案設計

按照教育部關于“校內學習與實際工作的一致性，校內評價與企業評價相結合，課堂與實習地點一體化”的要求，計劃通過建設工程造價專業計算機實驗室，在優化傳統教學模式、課程體系、教程、教具和教師專業水平的基礎上，迅速緊跟教流與用戶市場緊密接軌，培養學生的專業實踐能力與開拓創新能力。通過工程造價專業實驗室的建設，學生可以在模擬的企業環境中學習，了解企業運營過程，便于理論與實踐的結合。本文根據需求分析，設計了工程造價專業計算機實驗室建設方案（如圖1所示）。

算機及辦公軟件 工程造價專業計算機實驗室要滿足使用工程造價軟件、計算機輔助繪圖軟件，尤其是3D繪圖軟件功能，計算機配置至少需要滿足的條件包括：Intel i5 CPU，Intel H61主板，DDR3 4 G內存，集成顯卡（VGA+DVI）/集成聲卡/集成千兆網卡，500 G硬盤（7200 RPM），標準鍵盤/帶滾輪鼠標，19英寸LED液晶顯示器；安全環保要求產品要符合CEC頒發的環境標志產品認證，平均無故障時間（MTBF）≥40萬小時；售后服務要求主機含顯示器3年以上原廠標準保修服務，供貨時需提供生產廠商出具的服務承諾函。

工程造價專業計算機實驗室要滿足學生完成工程造價、預算組價、招投標文件編制等功能，還要配置目前社會最常用的Windows系統及常用辦公軟件。每臺計算機計劃安裝一個WindowsXP系統，兩個Windows7系統，每個系統都安裝Office2003、Office2010、PDF閱讀軟件等。

工程造價專業軟件 科學技術的不斷發展，各類專業軟件也在不斷地更新換代，建設符合運行各類專業實訓、仿真、實習軟件的工程造價專業計算機實驗室，并使學生成為緊跟現實發展腳步的技術人才。工程造價專業計算機實驗室的建設能夠解決工程造價專業學生的專業實訓、社會實踐及企業實習問題，讓學生完成工程造價的全過程教學，掌握工程造價的專業技能。

工程造價專業計算機實驗室將配置廣聯達、斯維爾、易達和魯班等工程計量與計價及招投標管理軟件，提供企業運作的仿真環境，使學生身臨其境地學習真實的企業工程預結算、招標投標、工程合同管理等業務管理的運行平臺。其中，廣聯達工程造價軟件包括廣聯達土建算量軟件、廣聯達鋼筋算量軟件、廣聯達計價軟件等，斯維爾軟件包括斯維爾清單計價軟件、斯維爾3D算量軟件、斯維爾安裝算量軟件等，易達軟件包括清單大師、招投標軟件等，魯班軟件包括魯班造價、魯班BIM算量軟件等。另外，工程造價專業計算機實驗室將配置建設工程輔助軟件，配合工程造價專業知識的學習。實驗室的每臺計算機都將安裝AutoCAD2014簡體中文版、天正建筑、3D MAX、CAD看圖軟件、招標文件閱讀器及項目管理軟件等。

網絡布置 工程造價專業計算機實驗室內部既有自己的局域網，又可通過校園網上互聯網。這樣既可以充分利用校園網資源，如圖書館的館藏電子資源，又可以通過信息防火墻實現與Internet的安全互聯，滿足師生登錄公共資源交易中心網站上傳下載電子招投標文件、獲取工程造價最新市場價信息的需求，使師生能在課堂內外通過網絡按需獲取工程造價信息資源。

工程造價專業計算機實驗室網絡運行狀態要求比較高的穩定性，因此，在綜合布線中線纜、設備和主機都應該優先考慮穩定性問題。工程造價專業計算機實驗室是以60個工位為基準單元的實驗室，將配備3臺24口的二層交換機，每臺二層交換機通過超五類雙絞線接入工作站，再經三層交換機連接到帶路由及NAT功能的硬件防火墻，所有計算機都通過這個接口連接外部互聯網。

多媒體教學系統 多媒體教學系統可以將抽象的內容表達得形象化、豐富化，將課本上的某些枯燥內容生動地展示出來，可以幫助學生更好更快地掌握知識點。工程造價專業計算機實驗室應該具有下列多媒體教學功能。

1）屏幕廣播：在屏幕傳輸技術上可以快速廣播普通屏幕畫面，并且可以快速直接屏幕廣播教學視頻、上課課件、實操演示等。

2）在線考試：隨時出題測驗、即時統計分析考試結果，幫助教師了解學生知識點掌握程度。

3）遙控學生：教師可以同時遙控全部計算機桌面，也可以同時遙控全部計算機安裝一些教學軟件，幫助學生完成教學任務。

4）斷網鎖屏：上課的時候難免有些學生調皮愛玩耍，私下拔掉網線企圖玩游戲，這個功能可以鎖住屏幕讓學生不能得逞，進而認真聽講。

5）封鎖游戲：有些學生在上機實操的過程中會起玩游戲的念頭，通過本功能可以封鎖游戲程序，讓這部分學生回到學習上來。

保護卡系統 保護卡系統可以保護計算機系統正常運轉，當計算機發生修改、增加或刪除系統文件和程序的時候，保護卡可以讓計算機及時恢復正常。工程造價專業計算機實驗室擔負進行日常教學、專業實訓和課程設計的繁重任務，它的正常運轉關乎專業的日常教學。在學生進行上機實操實訓或課程設計的時候，難免會遇到安裝或刪除程序、修改或刪除系統文件的事情，甚至在正常使用中計算機系統也會遇到藍屏死機的狀態。有鑒于此，工程造價專業計算機實驗室選擇配置局域網計算機維護系統，該系統集數據保護、磁盤分區管理和局域網計算機部署三大功能于一身，而且是基于Windows操作系統界面設計的，這樣保護卡系統的易用性可以得到保障，實驗室的管理員跟上課教師都能夠快速掌握保護卡的使用要領。

其他設備安裝 工程造價專業計算機實驗室除了上面的主要設備之外，還需要一些其他設備的安裝，配合使用才能滿足工程造價專業功能，比如多媒體講臺、電腦桌、白板、投影設備、音響設備、電源系統、照明系統及空調等。

4 結束語

計算機及工程造價專業軟件的安全、定、高效運行，是工程造價專業計算機實驗室工作的基礎。工程造價計算機實驗室建設成功之后可以開展工程性、綜合設計性教學，全面提高師生的工程能力、創新意識和創新能力，同時有利于吸引更多橫向課題及合作課題，有助于增強學校綜合科研能力，提高科研水平，加快轉化科技成果，創造更高的社會和經濟效益。

參考文獻

篇（11）

中圖分類號：S611文獻標識碼： A

在一次經濟論壇上，有經濟學家稱全球經濟已經迎來了自上世紀經濟蕭條后的又一次衰退，黑暗的時刻又要再次來臨。這一社會語狀為全球建筑設計帶來的影響是顯而易見的。但是同時，中國在避免經濟硬著陸的過程中，房地產市場的被動衰落卻給了建筑設計新的創作空間。同時，伴隨著生產力水平和人們經濟水平的快速提高，社會大眾對居住條件的需求也在不斷上升。因此，我國建筑行業得到了快速發展，但目前我國建筑的空間利用率并不樂觀。所以，建筑方案設計在建筑過程中起到最為基礎關鍵的作用。科學合理的建筑設計方案，不僅改善用戶的居住條件，滿足用戶的合理生活需求，還能為建筑公司節約開支，降低工程造價。

一、我國建筑設計現狀

1、我國建筑師有更多機會進行建筑設計。

建筑業的主體似乎是房地產，建筑設計行業的發展不僅體現在產值、營業額和設計的規模上，還體現在有眾多設計項目的涌現。大型公共項目的變化使建筑師的實踐視野越來越廣闊。設計行業重心的變化以及政府投資項目和公益性項目增多，使建筑師獲得了更大創作空間。政府宏觀調控的大型項目，如醫院、航空港，博物館、美術館和高校建筑等使得房地產商業演進得到抑制，同時，給予了我國建筑師更多的建筑設計機會。

2、中國建筑師在與國外同行同臺競爭的過程中，已經越來越擁有主動權。

我國的建筑設計大致經歷了被動接受國外建筑師創意、僅出方案；國內外建筑師共同進行方案探討和概念表達和以國內設計機構為主，作為設計總包將某些部分包給國外擅長的專向建筑師等三個階段。使得我國建筑的原創性、文化性、區域性得到明顯提高。

3、我國的設計模式正在從單一模式向多元模式轉變即從過去的單一的承接設計轉變為設計總承包、管理總承包、設計管理和項目管理等多元模式。

目前，部分設計公司的上市和很多設計研究院申請高新科技企業的認證使得我國設計行業逐步向高新科技企業發展。

二、房屋建筑方案設計的影響因素

房屋設計較為突出的的影響因素有市場需求多樣性、居住功能適用性、室內空間可改性、家居科技智能性、環境景觀均好性以及建筑風格地方性等方面。

1、市場需求多樣性對房屋設計的影響

當前建筑尤其是住宅供需體制已從福利分配逐步轉向為商品行為，房屋設計應滿足市場需求，提供相配套的住宅套型適應不同經濟收入、生活模式、文化職業的家庭對住宅的需求。同時降低生活習俗和氣候條件的差異帶來的不適感。

2、居住功能適用性對房屋設計的影響

建筑尤其是住宅的根本性能便是其適用性。因此，建筑師在實際設計中應從實用功能出發，并根據居住生活性質對住宅的內部功能進行分區，使住宅內部公私，動靜分區明確，使用順當。同時，為避免套型住宅僅僅是平面布置簡單的由小改大的不當現象，房屋的面積和尺度要適當，但也應滿足市場對大面積套型的需求。而且，恰當合理的房間布置和相互聯系能使家居更為舒適。

3、室內空間可改性對房屋設計的影響

只有合理的結構體系才能保證室內空間的可改性。室內空間的可改性是住宅的客觀需要，以適應家庭規模和結構的變化，同時也符合可持續發展的原則。

4、家居科技智能性對房屋設計的影響

建筑的新技術、新材料、新設備和新工藝的推廣應用反映了住宅技術的科學性。不僅促進了住宅建設水平，同時也提高了住宅的功能質量，滿足用戶舒適度的需求。不斷配套完善的科學技術使建筑更加實用，先進，經濟和綜合。

5、環境景觀均好性對房屋設計的影響

住宅區環境資源的均好與共享使得每套住房住戶獲得更加舒適的居住環境。因此，住宅商品化的重要特征之一便是環境均好性。

6、建筑風格地方性對房屋設計的影響

受不同文化，歷史條件及氣候的影響，不同區域的住宅有不同的風格特征。建筑師在進行建筑設計時應充分考慮當地建筑的建筑風格，雖需要標新立異，但不可與周圍建筑格格不入。

三、房屋建筑方案設計需要考慮的問題

1、節能問題

建筑行業是社會三大能源消耗行業之一。在建筑設計中，如何更好地利用自然環境資源，提高建筑的能源利用率實現生態城市發展，已經成為近年來建筑界一直在探索的課題。通過對建筑的合理設計，滿足用戶潛在的生活要求，為居住者提供舒適、環保的居住空間，降低建筑物使用過程中的能量損耗是建筑師一直追逐的目的。但卻沒有絕對的節能建筑，從前所謂的節能建筑到了現在可能就稱不上節能了。因此，要求建筑師在建筑設計中綜合考慮各種影響因素來滿足建筑環境的設計要求。

2、用戶需求問題

建筑的根本目的是滿足人類的使用。建筑第一性是人的存在性，任何營造活動都是人與自然共生的結果。建筑的發展是主客體互動的審美關系。因此，建筑設計的作用就是真實地反映人在建筑中的感受，滿足人對建筑的需求。但目前許多設計人員進入手法主義的盲區，采用虛偽的手法，把業主引入平面的幻覺，雖然有時能夠得到客觀的經濟效益，但卻阻礙了建筑的發展進程。人對空間的需求是人類的最基本需求之一。建筑創作應該真實反映建筑平面時間和空間的統一，而非單純得平面組合游戲。因此，我們在進行建筑設計時，不僅要重視功能，還要考慮形式。

3、環境和諧問題

在建筑方案設計時不僅要關注建筑物本身，而且還應關注其是否與周圍環境相協調。在建筑平面的設計中適當地引入“手法主義”可以在某些方面表達設計人員的意圖，同時又可以解決環境與人的心理需求的統一，實現建筑特色與城市風格相得益彰。建筑平面是由許許多多的墻面來界定的，這些長長短短的線可以做為平面結構的參照系，很好地陳述建筑的空間組織結構。

四、我國建筑設計未來的趨勢

汪光燾擔任建設部部長時曾指出，我國的建筑設計企業有向大規模的托拉斯集團或逐漸分化出小型設計公司和事務所兩個發展方向。因此，我國建筑設計未來的發展方向大致可概括為：

1、專業化發展趨勢。

目前建筑設計業仍存在一些問題。其中，雖然注冊建筑師制度不斷得到完善，但注冊建筑師仍嚴重不足。建筑師是一個高風險行業，職業建筑師必須遵守各項建筑設計要求和規則。

2、專有技術發展趨勢。

例如綠色生態和可持續發展、光伏發電應用建筑表皮等，擁有這些技術的專向設計機構將體現更多優勢；

3、設計總承包發展趨勢。

設計項目由一家機構總包，再分包給其他多個公司；

4、跨行業、跨領域和跨國界的合作趨勢。

企業將實現資訊、項目管理和設計施工一體化的服務模式。

結語：總而言之，房屋建筑的平面設計對建筑設計有決定性影響。對于建筑設計師而言，不僅要關注建筑本身的特點與個性，還要使之與城市規劃相適應，滿足住戶的潛在需求。同時通過住宅產品的和設計理念創新使城市建筑與環境擁有地域性特色。住宅建筑準確的戶型定位和科學合理的戶型設計對住宅用戶的生活質量產生直接影響。同時，城市規劃是城市建設的總綱，而構成城市的主要物質基礎之一又是建筑，在城市規劃的指導下進行的建筑設計才能促進城市經濟、社會的和諧、健康發展。

參考文獻

[1]王海松，莫弘之，沈斌生態建筑集成設計體系研究，建筑學報，2007（9）.