實驗設計范文第1篇
【關鍵詞】數學實驗高等數學教學改革教育模式
一 開設高等數學實驗課的必要性及現狀分析
隨著計算機技術的日益發展，數學建模和與之相伴的數值計算方法已成為工程設計的關鍵工具。當今世界科學技術的發展對數學的依賴已經達到驚人的地步。“高技術本質上是一種數學技術”的觀點現已被越來越多的人所認同。數學在自然科學、工程技術、經濟管理乃至人文社科領域越來越成為解決實際問題的有力工具。數值仿真已成為很多工程及應用學科人才必須掌握的技術手段。因此，一切科學和工程人員的教育必須包含數學和計算科學更多的內容。本科教育中，對學生的數學教育面臨著新的挑戰。
作為一門傳統的基礎課程，高等數學長期以來已經形成了一套相對成熟的教學方法。大部分從事高等數學教學的教育工作者觀念陳舊，堅持數學教學只講理論、不講應用的錯誤觀念，教師以書本內容為主，枯燥的講授數學的理論知識，致使數學教學的作用和地位日趨下降。學生對數學的學習嚴重缺乏興趣，對數學學科領域的作用認識嚴重不足。傳統的高等數學教材與教學重視推理過程，忽視實際計算;重視連續性內容，忽視離散型內容。這與學生未來的實際應用嚴重脫節，教師在課堂的引導是盲目的，無法激活學生的主動性和創造性。
受益于近年來全國大學生數學建模競賽的蓬勃開展，越來越多的學生及教師感受到了數學在實際問題中的作用。這對傳統的高等數學教學方式產生了強烈的沖擊，高等數學課程中應適當增加實驗性內容已成為共識。目前，已有很多高校在進行高等數學實驗課程的嘗試，也取得了相對良好的效果。數學實驗課程的開設為未來高等數學教育模式的改革指明了方向。人們看到，必須沖破傳統數學教育觀念的束縛，重新審視高等數學教育在整個高等教育中的地位和作用，定位現代高等數學教育目標，推進高等數學教育模式改革，才能培養出具有國際競爭力的高素質人才。
雖然在一些學校中，高等數學實驗課程的開設取得了良好的效果，使很多學生受益。但目前總體來說，這類課程還處于不斷地革新和完善過程中。如何準確地把握這類課程的
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* 基金項目：廣東省高等教育教學改革重點項目(編號：2013-5-220)、廣東海洋大學教學改革課題(編號：XJG201215)
教學內容和方法還有待于進一步探索和實踐。目前，高等數學實驗課程存在的主要問題在于以下幾個方面：(1)大部分數學實驗類課程是孤立于原有高等數學課程體系之外的，實驗內容沒有和原有的教學內容形成有機的結合，沒有真正的起到實驗輔助教學的作用。(2)現有的大部分數學實驗類課程的設計片面追求自成體系，遍地開花、內容臃腫，沖淡了這類課程實踐性的特點，也使得很多專業不愿開設相關課程。(3)目前大部分數學實驗課程的設計完全由數學教師完成。對于不同學科、專業的學生采用了相同的實驗設計，缺乏針對性，完全為了實驗而實驗，無法充分調動學生的積極性。
二 高等數學實驗課程設計的基本原則
筆者結合自己高等數學的教學實踐，通過閱讀大量相關文獻以及和相關教師探討，認為高等數學實驗課程設計應遵循以下幾個原則：
1.實驗課程設計應有側重點
實驗課程是輔助性的，是對原有高等數學教學的有益補充，不追求自成體系，應集中在高等數學核心概念和重要內容。高等數學原有的體系是經過多年積累的，實驗課程的融入不應打破原有的體系結構，它應該成為“山路上”的風景，使人在“登山”的路上忘記疲憊，而不是成為山腳下的一處花園，讓人忘記“登山”。
2.實驗課程的設計應分層次、立體化
傳統高等數學教學方式主要的問題在于學生對于一些抽象概念缺乏直觀的理解，抑或是學生不了解一些數學工具的具體作用，進而缺乏對數學的興趣。實驗課程的設計應重點圍繞這些問題進行考慮。(1)設計一些演示實驗對一些抽象概念給予直觀形象的描述;(2)對一些有著重要應用背景的概念、方法，通過設計實驗讓學生學會通過軟件計算相關的問題;(3)可以結合數學建模的內容，設計一些探索性綜合實驗，充分激發學生的合作和創新精神，提高學習的積極性。
3.實驗課程的設計應“因地制宜”
實驗的內容應與專業相結合，不應由數學教師獨立完成。以往的數學實驗課完全由數學老師獨立設計完成，沒有充分考慮學生的專業背景以及未來的應用領域。而這些方面對于學生對實驗課程的興趣有著重要關系。因而在高等數學實驗課程設計中，應征求不同專業背景教師的意見。
4.實驗課程設計應有實效性
要從培養應用型、復合型人才的角度來設計高等數學實驗課程體系。實驗課程的設計應以學生為中心、以問題為主線、以培養能力為目標。開設高等數學實驗課程最終的目的是讓學生更好地掌握高等數學知識，因而實驗課程的設計不能流于表面，應注重教學的實效性。
三 高等數學實驗課程改革的基本方案
1.教學內容
在保持原有高等數學教學的基本框架下，從三個層次設計高等數學實驗內容。
第一，針對一些抽象不易理解的數學概念設計相關的演示實驗，這一部分的內容直接嵌入原有的課堂教學當中，主要以教師演示為主，其目的是增加學生對一些抽象概念的直觀認識，不需要增加學時。
第二，針對高等數學中一些重要的內容，圍繞目前廣泛應用的Matlab軟件，設計一些實驗使學生能夠順暢的應用數學軟件完成諸如求導數、積分、傅里葉變換、解微分方程等的計算方法。這一部分的內容應結合高等數學理論課程的進程，以實驗課形式使學生在教師指導下完成對相關軟件編程的掌握。這部分是數學教師能夠直接完成的，相關專業可以結合自身專業特點對實驗課的內容進行相應的刪減。這一部分Matlab基礎教學和練習需要4～6個學時，高等數學相關的一些計算可以控制在6～10個學時。
第三，結合全國大學生數學建模競賽的相關試題，以及和相關專業的教師進行探討，結合學生的專業特點設計綜合性實驗，這一部分課程可采用相對開放性的方式開設。教師在課堂通過2～4個學時講述相關實驗內容的核心模型，具體內容的完成可讓學生課下通過查閱相關文獻最終完成。
2.教學模式
實驗課程的教學應以學生為中心，除了演示實驗外，更應以學生獨立操作為主，教師輔導為輔。讓學生在軟件輔助下完成一些復雜的數學運算，處理相關的數學問題。實驗過程中，教師應通過問題引導學生的學習，促進學生的思考。實驗過程可采用分組的形式，而對于教學內容可進行分塊處理，把思想方法接近的實驗結合到一起來做。實驗教學應該與理論教學相協調，實驗課程的安排應該圍繞理論課程的進程來進行。
四 開設高等數學實驗課程應注意的一些問題
1.正確處理學習數學基礎理論課和相關軟件使用的關系
要正確處理學習數學基礎理論和相關軟件使用的關系，需要時刻銘記實驗課程是輔助性的，不能因軟件強大的計算能力而忽視對數學基礎的學習，避免學生過分依賴數學軟件。
2.注重教師素質的提高
再好的方案都是需要人來執行的，任課教師的素質直接決定了最終實驗課程改革的成敗。要促成教師觀念的轉變，對于一些長期從事高等數學教學的人員，尤為重要。新的教學模式對一些老教師提出了更高的要求，要求他們掌握通用的數學軟件并具備一定的編程能力。
3.要在實驗內容的設計上下硬功夫
近年來，一些數學實驗課程的開設，帶來了一些負面影響，甚至有人因此而否定數學實驗課程。數學實驗課程有它固有的優勢，而實驗中出現的某些弊端，多數是因為選材不當造成的。因此，要想更好地開展數學實驗課程，在內容設計上還有很長的路要走，需要從事高等數學教育的人不懈努力。
五 結束語
總之，高等數學實驗課程的改革勢在必行，它已成為高等數學課程教學改革的必然趨勢。在改革中一定要恪守一些基本原則，內容選擇和方案設計要與實際相結合。實驗課程教學改革對高校從事高等數學課程教學的教師提出了更高的要求，向傳統的教學模式和觀念提出了挑戰，也為高等數學教學未來的發展指明了方向。本文是筆者在高等數學教學改革與實踐中獲得的一點粗淺的認識和體會，愿與各位同仁交流、分享。
參考文獻
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〔責任編輯：肖薇〕
實驗設計范文第2篇
關鍵詞：機械設計;實驗教學;真實實驗;虛擬實驗
工科大學機械類“機械設計”課程的教學基本目標是，通過對材料、信息及能量的運用與控制，使學生具備設計能夠有效工作且可靠的通用機械零部件的知識和能力[1]，并掌握典型機械零部件實驗方法。這要求學生不僅掌握理論知識，還要有一定的動手實驗能力，并最終著眼于工程實際設計與實驗能力的培養，也是合格工程師必備的基本條件之一。傳統的工科教育，學生獲取理論知識主要通過課堂學習，實踐知識和實際能力的培養主要通過實驗環節完成，這里的實驗指的是真實實驗。課堂教學基本采用“粉筆(ppt)+講授”的注入方式，實驗教學包括學生對實際零部件模型操作或測量的動手實驗和教師演示學生觀察的演示實驗。這些教學方式通常是以“教師為中心”的模式為主導。面對社會對工程人才要求知識面廣、綜合實踐能力強以及具備創新意識的狀況下，這種傳統的教學方式越來越不適應工科大學機械工程教育的發展[2]，尤其是機械設計實驗教學的發展。
科技的進步，特別是“信息+網絡”技術的快速發展，給大學各課程的實驗教學改革提供了新的方式方法[3-5]，比如，遠程網絡實驗、虛擬實驗等[6]。近年來“互聯網+實驗”的虛擬實驗持續升溫，人們對此褒貶不一。一種觀點認為，虛擬實驗是一種先進高效的實驗教學手段，適合國內大規模本科培養，也有利于教學模式向“以學生為中心”轉變[7-8]。另一種觀點認為“能實不虛”，虛擬實驗的效果低于真實實驗。
本文結合“機械設計”課程，就真實實驗和虛擬實驗各自的特點展開論述。分析兩種類型實驗在教學實踐中的應用。另外，結合 “機械設計”課程的具體內容，通過實例闡明如何合理有效地利用兩類實驗。
一、真實實驗的特點及其作用
(一)真實實驗的優點及其作用
“機械設計”真實實驗對學生理解書本知識、增強對通用零部件的感性認知、培養結構拆裝及零部件測量等動手能力及實踐經驗，起到非常重要的作用，至今沿用。即便基于數學和信息網絡技術逐漸發展起來的虛擬實驗或遠程實驗已經走進實驗教學多年，傳統真實實驗仍然是機械設計實驗教學的主導方式和基礎。相對于虛擬實驗，幾個優點決定了它在“機械設計”實驗教學中具有不可替代的作用。
1.培養如何設計實驗的能力。包括選用儀器和工
具、操作、現象觀察、數據收集及解釋等。2.長于培養學生動手技能和實踐能力。能培養學生正確使用儀器、傳感器或軟件等工具測量零件性能參數。比如構建組裝零部件、機械故障排除、傳感器安置、電路連接以及儀器標定或調零等，這些是工程實踐必備的一個基本技能。3.能夠利用觸覺感知對理論知識獲得感性認識，理解理論模型預測能力及其局限。4.通過處理實驗中遇到的不可預測問題，真實實驗使學生感受到研究的復雜性，并
有機會培養處理技巧。比如，在齒輪參數測量實驗中的誤差問題，能夠讓學生認識到測量的隨機性和不完美性，學習準確測量的規程及技巧。在這方面，真實實驗具有虛擬實驗無法比擬的優勢。5.參與真實實驗，能夠更好地培養學生的工程興趣、鍛煉交流及團隊合作等，對增強學生的能力大有裨益，這一特點往往是最容易被忽略的。
(二)真實實驗的局限性
盡管真實實驗具有諸多優點，但隨著工業科技及社會人才需求的不斷發展，大學本科培養的變化，傳統真實實驗的局限性也逐漸顯露。首先，一些真實實驗成本高、耗時長、效率低。比如，機械零件磨損量實驗，真實實驗在一兩個學時內往往無法得到較為完整的磨損三階段曲線，哪怕是跨階段的磨損曲線也是比較耗時的。其次，實驗參數也不容易改變，要開展更加豐富的實驗十分困難。像動壓滑動軸承實驗，若開展不同潤滑油對軸承性能影響絕非易事?？梢?，真實實驗要改變實驗條件，獲取更多實驗結果的時間成本和經濟成本高昂。加之國內院校本科生培養規模龐大，實驗儀器生均比例低，真實實驗的這一缺點愈發突出。再次，現有真實實驗教學阻礙了教學模式的轉變。近些年來，由于教學激勵機制等問題，學校和教師缺乏對“機械設計”實驗課在經費、時間和精力上的投入，實踐性教學條件嚴重不足[9]，學生很少有機會有條件認真做實驗，久而久之實驗課變成了應付、走過場，嚴重影響了學生科學實驗興趣培養和研究技能的增強，更談不上“以學生為中心”的教學模式的轉變。最后，機械設計教學雖然強調了科學技術與工程實踐相結合，實際上絕大部分學校幾乎不具備將科技知識與工程實踐相結合的師資條件和能力，缺乏能夠將理論充分應用于實踐的真實實驗?？梢?，真實實驗難以在本科規?；囵B過程中更進一步發揮作用，勢必要在教學內容、教學方法及手段方面進行革新。
二、虛擬實驗的特點及作用
(一)虛擬實驗的優點及其作用
虛擬實驗是利用理論模型、數值方法、信息網絡和計算機技術，將真實的物理現象或過程模型化，在計算機上以圖片、視頻、動畫或曲線等直觀形式展現，并通過網絡共享使用。相對于真實實驗，有如下優點。
1.容易改變實驗條件參數。虛擬實驗中，學生能夠輕松改變實驗參數，實現不同條件下的實驗研究，使實驗變得簡單易行。此外，還可以通過排除次要信息的混淆干擾，實現重要參數對結果影響的研究，獲得實驗的關鍵信息。比如，僅僅通過修改時間得到不同時長下的實驗結果，分析時間尺度的影響。
2.可以開展真實實驗難以甚至無法觀察的實驗現
象，對于需要進行交互方式研究難以觀察的現象，優勢更明顯。將理論知識或模型方程與物理現象或零件應用直接聯系、對比和擴展。比如，微觀尺度下的許多實驗，真實實驗難以實現，更不要說通過交互式方式研究實驗現象隨參數變化。
3.虛擬實驗受客觀條件限制相對較小，效率高于真實實驗。虛擬實驗可以提供短時間甚至某一瞬間的更多的實驗結果，使學生完成更多的實驗并獲取更多的結果信息，計算機也能夠記錄學生實驗的全過程。學生可以多次重復實驗，且幾乎不受時間、地點等客觀條件的限制。
4.理解概念性知識，虛擬實驗可以代替真實實驗。理解這些知識并不需要觸覺信息參與。虛擬實驗能夠方便、高效、透徹地讓學生理解知識。
(二)虛擬實驗的局限性
由于虛擬實驗的實際功效依賴于數學、信息、網絡和計算機等一系列理論知識和技術條件，加之機械設計課程內容的特點，不可避免存在一些問題。這主要包括以下幾點。
1.最大的問題是如何精確模擬真實物理過程。由于理論基礎、技術條件或主觀認識等原因，設計虛擬實驗時可能漏掉實際當中的一些重要因素，導致一定的偏差，甚至錯誤結果。因此，設計虛擬實驗時，要明確實驗目標及其主要和次要影響因素，客觀衡量實驗室所具備的技術能力和條件。例如，若無法合理模擬零件之間的接觸，對機械零件拆裝虛擬的真實感就會差很多。
2.有限的預設的輸入和輸出會限制學生的創造性。虛擬平臺把學生限制在預設的環境中，影響了他們的學習激情和好奇心。當然，這方面隨著信息網絡和相關技術的發展，會不斷改善。
3.模擬的適用性和效率取決于網絡技術和軟件標
準。虛擬實驗的開展，難免會遇到大量學生同時上網實驗的情況，容易造成網絡擁堵，硬件計算能力不足的情況，導致實驗無法正常開展。因此，具備足夠容量和計算能力的硬件條件，是虛擬實驗取得應有效果的基本前提條件。
4.虛擬實驗導致學生忽視操作安全規則和實驗倫
理問題。這些是真實實驗必須要考慮的[10]。虛擬實驗無論怎樣操作都不會涉及安全和實驗倫理問題，學生往往會忽略掉這些實際上十分重要的內容。這也是虛擬實驗無法代替真實實驗的一個重要原因。
可見，就像軟件不能代替實際系統模型一樣，虛擬實驗不能完全替代真實實驗，無法提供完全真實的實驗。我們在教學過程中運用虛擬實驗時，應該時刻牢記這一點。
三、真實實驗與虛擬實驗在“機械設計”中的運用
吉林大學的“機械設計”課程包括[11]：疲勞強度、摩擦學基礎知識和通用零部件的結構類型及特點、失效形式、材料及熱處理、應用及調整維護等基本知識，以及通用零部件的設計計算。
疲勞強度和接觸強度部分，主要涉及應力、疲勞壽命和摩擦磨損等基礎知識的理解。這些概念有些屬于微觀尺度下真實實驗難以觀察的物理量，有些實驗周期長，比如，零件三個磨損階段實驗，采用虛擬實驗顯然要更加合適。但是，磨損虛擬實驗的難點在于磨損系數等參數需要大量的真實實驗結果分析研究確定。而實現這些微觀尺度下的虛擬實驗需要數學、物理、摩擦學、接觸力學及材料學等多學科綜合，需要較強計算能力和圖像顯示功能的硬件設施，吉林大學“機械設計”教師在這方面做了一些初步嘗試。帶傳動教學的主要目的是通過研究帶傳動效率理解打滑和彈性滑動的特點與區別。該實驗涉及儀器設備調平衡、加載并讀取載荷，同時觀察皮帶打滑現象，虛擬實驗的真實感不強，實現起來難度很大，真實實驗就非常合適。齒輪傳動實驗中齒輪精度實驗，顯然真實實驗更為合適。目前對測量誤差模型化還需要進一步的科學研究，不具備虛擬的理論條件。而且零件尺寸測量的真實實驗也能夠培養學生操作測量工具的能力和技巧，虛擬實驗無法使學生感受到測量工具與被測零件接觸力度的大小對測量結果的影響。滾動軸承軸系部件設計實驗，可以采用虛實結合方式。學生先在虛擬平臺上預習和練習，并根據給定要求設計軸系。然后到實驗室現場組裝設計的軸系，并測量零部件尺寸，最后畫出裝配圖。實踐表明，這樣大大提升了實驗效率和效果，教學效果非常好。當然，軸系設計虛擬實驗時，若能夠將零件之間的接觸也加入，學生通過電腦操作拆裝零件也能夠感受到零件之間的接觸，將極大提升虛擬實驗的真實感[12]。對液體動壓徑向滑動軸承摩擦實驗，亦可以運用虛實結合的原則。吉林大學已有實驗臺完全可以實現確定潤滑油類型和滑動軸承結構尺寸下的壓力和溫度測量。利用我們開發的液體動壓向心滑動軸承虛擬平臺，可以輕松實現改變潤滑油黏度、軸瓦材料、偏心距、軸承結構尺寸等參數的實驗研究，大幅度增加了實驗獲得的信息量。
順便指出，“能實不虛”并不意味著有了真實實驗，就沒必要進行虛擬實驗。對某一實驗而言，尤其實驗中遇到設計復雜、微觀或者參數難以測量的問題時，虛擬實驗顯然是更好的選擇。虛擬平臺更容易做到將真實實驗向理論知識和工程實踐兩個方向上拓展，可以在不過多增加實驗教學學時和學生負擔的情況下，最大限度實現理論與工程實踐的結合和綜合，還可以幫助學生對真實實驗的理解[13]，達到擴展知識面和眼界、提升能力的目的。在多年的教學實踐中，我們將機械設計課程實驗中的一部分，開發了虛擬平臺，與真實實驗配合使用，取得了良好的效果。
四、結論
在機械設計實踐教學中，真實實驗在培養學生實驗設計、動手技能、隨機處理、團隊合作與交流以及操作規程和倫理等方面，發揮重要的作用。但也存在耗時多、效率低、成本高等缺點。特別是在大規模本科生培養條件下，完全采用真實實驗的實驗教學顯然已經無法適應課程實驗教學的需求。隨著科技的不斷發展，虛擬實驗會越來越接近真實實驗的效果，特別是在概念性理解、難以觀察的實驗現象或微觀尺度現象等方面可以替代真實實驗。而且虛擬實驗可以根據需要合理地更加形象化地甚至夸張地表現一些實驗現象，以便于學生理解。虛擬實驗效率高、耗時低的優點使其應用前景廣闊，在推進機械設計實驗教學向“以學生為中心”模式改革進程中必將發揮越來越重要的作用。但也要避免“一切實驗都可虛擬”的錯誤觀念，而忽視真實實驗基礎性地位和重要作用。
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實驗設計范文第3篇
一、實驗目的
1.初步了解《機械設計》課程所研究的各種常用零件的結構、類型、特點及應用。
2.了解各種標準零件的結構形式及相關的國家標準。
3.了解各種傳動的特點及應用。
4.了解各種常用的潤滑劑及相關的國家標準。
5.增強對各種零部的結構及機器的感性認識。
二、實驗方法
通過對實驗指導書的學習及機械零件模型的展示，實驗教學人員的介紹，答疑及同學的觀察去認識機器常用的基本零件，使理論與實際對應起來，從而增強同學對機械零件的感性認識。并通過展示的機械設備、機器模型等，使學生們清楚知道機器的基本組成要素—機械零件。
三、實驗內容
(一)螺紋聯接
螺紋聯接是利用螺紋零件工作的，主要用作緊固零件?；疽笫潜ＷC聯接強度及聯接可靠性，同學們應了解如下內容：
1.螺紋的種類; 2.螺紋聯接的基本類型;
3.螺紋聯接的防松;4.提高螺紋聯接強度的措施。
在掌握上述內容，通過參觀螺紋聯接模型，同學應區分出：①什么是普通螺紋、管螺紋、梯形螺紋和鋸齒螺紋;②能認識什么是普通螺紋、雙頭螺紋、螺釘及緊定螺釘聯接;③能認識摩擦防松與機械防松的零件;④了解聯接螺栓的光桿部分做得比較細的原因是什么等問題。
(二)標準聯接零件
標準聯接零件一般是由專業企業按國標(GB)成批生產，供應市場的零件。這類零件的結構形式和尺寸都已標準化，設計時可根據有關標準選用。通過實驗學生們要能區分螺栓與螺釘;能了解各種標準化零件的結構特點，使用情況;了解各類零件有那些標準代號，以提高學生們對標準化意識。
1.螺栓; 2.螺釘;3.螺母;4.墊圈;5.擋圈。
(三)鍵、花鍵及銷聯接
1.鍵聯接;2.花鍵聯接;3.銷聯接
以上幾種聯接，通過展柜的參觀同學們要仔細觀察其結構，使用場合，并能分清和認識以上各類零件。
(四)機械傳動
機械傳動有螺旋傳動、帶傳動、鏈傳動、齒傳動及蝸桿傳動等。各種傳動都有不同的特點和使用范圍，這些傳動知識同學們在學習“機械設計”課程中都有
要詳細講授。在這里主要通過實物觀察，增加同學們對各種機械傳動知識的感性認識，為今后理論學習及課程設計打下良好基礎。
1.螺旋傳動;2.帶傳動; 3.鏈傳動; 4.齒輪傳動; 5.蝸桿傳動。(五)軸系零、部件
1.軸承;2.軸 (六)彈簧
(七)潤滑劑及密封
實驗二軸承裝置設計和分析
一、實驗目的
了解軸承的類型、布置、安裝及調整方法，以及潤滑和密封方式。
二、實驗設備及工具
1. 組合式軸系結構設計分析實驗箱 2. 測量及繪圖工具
300mm鋼板尺、游標卡尺、鉛筆、三角板等。
三、實驗內容及要求
1.依據指導教師給每組指定實驗內容(圓柱齒輪軸系、小圓錐齒輪軸系或蝸桿軸系)觀察組裝后的軸系結構，繪制軸系部件的裝配草圖。
2.測量軸系的主要裝配尺寸，分析并測繪軸系零件，繪制主要零件的結構草圖。
四、實驗步驟
1.明確實驗內容，理解設計要求;
2.復習有關軸承組合設計的內容與方法;3.構思軸承裝置設計方案
1)根據齒輪類型選擇滾動軸承型號;
2)確定支承軸向固定方式(兩端固定：一端固定、一端游動);
3)根據齒輪圓周速度(高、中、低)確定軸承潤滑方式(脂潤滑、油潤滑);
4)選擇端蓋形式(凸緣式、嵌入式)并考慮透蓋處密封方式(氈圈、皮碗、油溝);5)考慮軸上零件的定位與固定，軸承間隙調整等問題;4.組裝軸系部件
根據軸承裝置設計方案，從實驗箱中選取合適零件并組裝成軸系部件，檢查所設計組裝的軸系結構是否正確。
5.繪制軸承裝置結構草圖。
6.測量零件結構尺寸(支座不用測量)，并作好記錄。 7.將所有零件放人實驗箱內的規定位置，交還所借工具
8.根據結構草圖及測量數據，在3號圖紙上用1：l比例繪制軸系結構裝配圖，要求裝配關系表達正確，注明必要尺寸(如支承跨距、齒輪直徑與寬度、主要配合尺寸)，填寫標題欄和明細表。
9.寫出實驗報告。
實驗三軸系結構設計和分析
一、 實驗目的
1.熟悉并掌握軸與軸上零件的結構形狀及功用、工藝要求和裝配關系;2.熟悉并掌握軸及軸上零件的定位與固定方法;
3.熟悉并掌握軸系結構設計中有關軸的結構設計基本方法
二、實驗設備及工具
1. 組合式軸系結構設計分析實驗箱
實驗箱提供了可組成減速器圓柱齒輪軸系、小圓錐齒輪軸系和蝸桿軸系三類軸系結構模型的成套零件(詳見實驗中的設備介紹)。
2.測量及繪圖工具
300mm鋼板尺、游標卡尺、鉛筆、三角板等。
三、實驗內容及要求
1.依據指導教師給每組指定實驗內容(圓柱齒輪軸系、小圓錐齒輪軸系或蝸桿軸系)觀察組裝后的軸系結構，繪制軸系部件的裝配草圖。
2.測量軸系的主要裝配尺寸，分析并測繪軸系零件，繪制主要零件的結構草圖。3.每人編寫實驗報告一份。
四、實驗步驟
1.明確實驗內容，理解設計要求;2.復習有關軸的結構設計內容與方法;
3.對軸系部件進行拆解，觀察和分析軸系各零件的結構，對其主要的結構尺寸進行測量(支座不用測量)。
實驗設計范文第4篇
實驗室的建設，無論是新建、擴建、或是改建項目，它不單純是選購合理的儀器設備，還要綜合考慮實驗室的總體規劃、合理布局和平面設計，以及供電、供水、供氣、通風、空氣凈化、安全措施、環境保護等基礎設施和基本條件。因此實驗室的建設是一項復雜的系統工程，在現代實驗室里，先進的科學儀器和優越完善的實驗室是提升現代化科技水平，促進科研成果增長的必備條件。“以人為本，人與環境”己成為人們高度關注的課題。本著“安全、環保、實用、耐久、美觀、經濟、卓越、領先”，的規劃設計理念。規劃設計主要分為六個方面：平面設計系統、單臺結構功能設計系統、供排水設計系統、電控系統、特殊氣體配送系統、有害氣體輸出系統等六個方面。下面就按上述六方面依次講解。
二、 化驗室設計要求
根據化驗任務需要，化驗室有貴重的精密儀器和各種化學藥品，其中包括易燃及腐蝕性藥品。另外，在操作過程中常產生有害的氣體或蒸氣。因此，對化驗室的房屋結構、環境、室內設施等有其特殊的要求，在籌建新化驗室或改建原有化驗室時都應考慮。
化驗室用房大致分為三類：精密儀器實驗室、化學分析實驗室、輔助室(辦公室、儲藏室、鋼瓶室等)。
化驗室要求遠離灰塵、煙霧、噪音和震動源的環境中，因此化驗室不應建在交通要道、鍋爐房、機房及生產車間近旁(車間化驗室除外)。為保持良好的氣象條件，一般應為南北方向。
1. 精密儀器室
精密儀器室要求具有防火、防震、防電磁干擾、防噪音、防潮、防腐蝕、防塵、防有害氣體侵入的功能，室溫盡可能保持恒定。為保持一般儀器良好的使用性能，溫度應在15~30℃，有條件的最好控制在18~25℃。濕度在60%-70%，需要恒溫的儀器室可裝雙層門窗及空調裝臵。
儀器室可用水磨石地或防靜電地板，不推薦使用地毯，因地毯易積聚灰塵，還會產生靜電、大型精密儀器室的供電電壓應穩定，一般允許電壓波動范圍為±10%。必要時要配備附屬設備(如穩壓電源等)。為保證供電不間斷，可采用雙電源供電。應設計有專用地線，接地極電阻小于4Ω。
氣相色譜室及原子吸收分析室因要用到高壓鋼瓶，最好設在就近室為能建鋼瓶室(方向朝北)的位臵。放儀器用的實驗臺與墻距離500mm，以便于操作與維修，室內有有良好的通風，原子吸收儀器上方設局部排氣罩。
微型計算機和微機控制的精密儀器對供電電壓和頻率有一定要求。為防止電壓瞬變、瞬時停電、電壓不足等影響儀器動作，可根據需要選用不間斷電源(UPS)。
在設計專用的儀器分析室的同時，就近配套設計相應的化學處理室，這在保護儀器和加強管理上是非常必要的。
2. 化學分析室
在化學分析室中進行樣品的化學處理和分析測定，工作中常使用一些小型的電器設備及各種化學試劑，如操作不慎也具有一定的危險性，針對這些使用特點，在化學分析室設計上應注意以下要求：
(1)建筑要求化驗室的建筑應耐火或用不易燃的材料建成，隔斷和頂棚也要考慮到防火性能?？刹捎盟ナ孛?，窗戶要能防塵，室內采光要好，門應向外開，大實驗室應設兩個出口，以利于發生意外時人員的撤離。
(2)供水和排水 供水要保證必須的水壓、水質、和水量以滿足儀器設備正常運行的需要，室內總閥門應設在易操作的顯著位臵，下水道應采用耐酸堿腐蝕的材料，地面應有地漏。
(3)通風設施由于化驗工作中常常會產生有毒或易燃的氣體，因此化驗室要有良好的通風條件，通風設施一般有3種：
① 全室通風采用排氣扇或通風豎井，換氣次數一般為5次/時。
② 局部排氣罩 一般安裝在大型儀器發生有害氣體部位的上方。在教學實驗室中產生有害氣體的上方，設臵 局部排氣罩以減少室內空氣的污染。
③ 通風柜 這是實驗室常用的一種局部排風設備。內有加熱源、水源、照明等裝臵?？刹捎梅阑鸱辣慕饘俨牧现谱魍L柜，內涂防腐涂料，通風管道要能耐酸堿氣體腐蝕。風機可安裝在頂層機房內，并應有減少震動和噪音的裝臵，排氣管應高于屋頂2m以上。一臺排風機連接一個通風柜較好，不同房間
共用一個風機和通風管道易發生交叉污染。通風柜在室內的正確位臵是放在空氣流動較小的地方，或采用較好的狹縫式通風柜。通風柜臺面高度800mm，寬750mm，柜內凈高1200-1500mm，操作口高度800mm，柜長1200-1800mm。條縫處風速0.3-0.5m/s視窗開啟高度為300-500mm。擋板后風道寬度等于縫寬2倍以上。
(4)煤氣與供電有條件的化驗室可安裝管道煤氣?；炇业碾娫捶终彰饔秒姾驮O備用電。照明最好采用熒光燈。設備用電中，24h運行的電器如冰箱單獨供電，其余電器設備均由總開關控制，烘箱、高溫爐等電熱設備應有專用插座、開關及熔斷器。在室內及走廊上安裝應急燈，備夜間突然停電時使用。
(5) 實驗臺實驗臺主要由臺面、臺下的支架和器皿柜組成，為方便操作，臺上可設臵藥品架，臺的兩端可安裝水槽。
實驗臺面一般寬750mm，長根據房間尺寸，可為1500-3000mm，高可為800-850mm。臺面常用貼面理化板、實芯理化板、耐腐人造石或水磨石預制板等制成。理想的臺面應平整、不易碎裂、耐酸堿及溶劑腐蝕，耐熱，不易碰碎玻璃器皿等。
3. 輔助用室
(1)藥品儲藏室由于很多化學試劑屬于易燃、易爆、有毒或腐蝕性物品，故不要購臵過多。儲藏室僅用于存放少量近期要用的化學藥品，且要符合危險品存放安全要求。要具有防明火、防潮濕、防高溫、防日光直射、防雷電的功能。藥品儲藏室房間應朝北、干燥、通風良好，頂棚應遮陽隔熱，門窗應堅固，窗應為高窗，門窗應設遮陽板。門應朝外開。易燃液體儲藏室室溫一般不許超過28℃，爆炸品不許超過30℃。少量危險品可用鐵板柜或水泥柜分類隔離貯存。室內設排氣降溫風扇，采用防爆型照明燈具。備有消防器材?？梢苑仙鲜鰲l件的半地下室為藥品儲藏室。
(2)鋼瓶室易燃或助燃氣體鋼瓶要求安放在室外的鋼瓶室內，鋼瓶室要求遠離熱源、火源及可燃物倉庫。鋼瓶室要用非燃或難燃材料構造，墻壁用防爆墻，輕質頂蓋，門朝外開。要避免陽光照射，并有良好的通風條件。鋼瓶距明火熱源10m以上，室內設有直立穩固的鐵架用于放臵鋼瓶。
實驗室的建設，無論是新建、擴建、或是改建項目，它不單純是選購合理的儀器設備，還要綜合考慮實驗室的總體規劃、合理布局和平面設計，以及供電、供水、供氣、通風、空氣凈化、安全措施、環境保護等基礎設施和基本條件。因此實驗室的建設是一項復雜的系統工程，在現代實驗室里，先進的科學儀器和優越完善的實驗室是提升現代化科技水平，促進科研成果增長的必備條件。“以人為本，人與環境”己成為人們高度關注的課題。本著“安全、環保、實用、耐久、美觀、經濟、卓越、領先”，的規劃設計理念。規劃設計主要分為六個方面：平面設計系統、單臺結構功能設計系統、供排水設計系統、電控系統、特殊氣體配送系統、有害氣體輸出系統等六個方面。下面就按上述六方面依次講解。
一、平面設計系統
平面設計我們主要考慮以下幾個方面的因素：
1、疏散、撤離、逃生、順暢、無阻，安全通道;一般實驗室門主要向里開，但如設臵有爆炸危險的房間，房門應朝外開，房門材質最好選擇壓力玻璃。
2、人體學(前后左右工作空間)，完美的設備與科技工作者操作空間范圍的協調搭配體現了科學化、人性化的規劃設計。
在做平面設計的時候，首先要考慮的因素是就是“安全”，實驗室是最易發生爆炸、火災、毒氣泄露等的場所。我們在做平面設計的時候，應盡量地要保持實驗室的通風流暢、逃生通道暢通。根據國際人體工程學的標準。我們做如下的劃分以供參照：(祥見下圖)
實驗臺與實驗臺通道劃分標準(通道間隔用L表示)
L>500mm時，一邊可站人操作;
L>800mm時，一邊可坐人操作;
L>1200mm時，一邊可坐人，一邊可站人，中間不可過人;
L>1500mm時，兩邊可坐人，中間可過人;
L>1800mm時，兩邊可坐人，中間可過人可過儀器
天平臺、儀器臺不宜離墻太近，離墻400mm為宜。為了在工作發生危險時易于疏散，實驗臺間的
過道應全部通向走廊。另:實驗室建筑層高宜為3.7米-4.0米為宜，凈高宜為2.7米-2.8米，有潔凈度、壓力梯度、恒溫恒濕等特殊要求的實驗室凈高宜為2.5米-2.7米(不包括吊頂);實驗室走廊凈寬宜為
2.5米-3.0米.普通實驗室雙門寬以1.1米-1.5米(不對稱對開門)為宜,單門寬以0.8米-0.9米為宜。
3、專業學科功能。實驗室通常按物理學，無機化學，有機合成化學，生物學來分類。根據實驗室內容、用途和規模的不同又各有自己的特點，比如基礎教學實驗室，按學科專業分，多為較簡單的教學實驗對水電氣風等要求較低，而科研機構對實驗室通風、供排水、電控及潔凈都要求較高，但實驗室設計的基本原則都是具有共同性的，以有機化學為例，主要由化學基本實驗室、儀器分析實驗室、潔凈實驗室、電子計算機室、研究室、輔助實驗室、服務供應室等組成。
化學基本實驗室，主要是進行容量分析、離子測定、氧化還原等實驗，一般設計的裝備有：實驗臺與洗滌臺;通風柜及管道修檢井;帶試劑架的實驗臺及輔助工作臺，需考慮設在實驗室內的研究空間或電腦臺，藥品柜、器皿柜、落地安臵的儀器設備、急救器等。
儀器分析實驗室，主要設臵各種大型精密分析儀器，同時也包括普通小型分析儀等，一般設計的裝備有：儀器臺、實驗臺、通風柜、天平臺、電腦臺、氣瓶柜、洗滌臺、器皿柜、藥品柜、急救器、萬向排氣罩、原子吸收罩等。以下列出各類儀器分析實驗室的要求，以供參考。
各類儀器分析實驗室要求：
氣相色譜分析室主要是對容易轉化為氣態而不分解的液態有機化合物及氣態樣品的分析。儀器設備主要有氣相色譜儀，具有計算機控制系統及數據處理系統，自動化程度很高，對有機化合物具有高效的分離能力，所用載氣主要有：H
2、N
2、Ar、He、CO2等。但對高沸點化合物，難揮發的及熱不穩定的化合物、離子化合物、高聚物的分離卻無能為力。要求局部排風及避免陽光直射在儀器上，避免影響電路系統正常工作的電場及磁場存在，一般設計：儀器臺(應離墻以便儀器維修)、萬向排氣罩、電腦臺(一般在儀器臺旁配臵)、邊臺、洗滌臺、試劑柜等
液相色譜分析室主要體現在高效率分離，對復雜的有機化合物分離制取純凈化合物，定量分析和定性分析，儀器設備主要有：高效液相色譜儀，適宜于高沸點化合物、難揮發化合物、熱不穩定化合物、離子化合物、高聚物等，彌補氣相色譜儀的不足。環境和實驗室基礎裝備設計要求與氣相色諳室相近。質譜分析室主要是對純有機物的定性分析，實現對有機化合物的分子量、分子式、分子結構的測定，分析樣品可以是氣體、液體、固體，主要設備有質譜儀、氣-質聯用儀。質譜儀是利用電磁學的原理，使物質的離子按照基特征的質荷比(即質量m與電荷e之比—m/e)來進行分離并進行質譜分析的儀器，缺點是對復雜有機混合物的分離無能為力。氣相色譜分離效率高，定量分析簡便的特點，結合質譜儀靈敏度高，定性分析能力強的特點，兩種儀器聯用為氣-質聯用儀?？梢匀￠L補短，提高分析質量和效率。質譜儀可能有汞蒸汽逸出，要考慮局部排風。
光譜分析室主要是根據物質對光具有吸收、散射的物理特征及發射光的物理特性，在分析化學領域建立化學分析。主要的儀器是原子發射光譜儀、原子吸收光譜儀，分光光度計、原子熒光光譜儀、熒光分光光度計、X射線熒光儀、紅外光光譜儀、電感耦合等離子體(LCP)光譜儀、拉曼光譜儀等。實驗室應盡量遠離化學實驗室、以防止酸、堿、腐蝕性氣體等對儀器的損害，遠離輻射源;室內應有防塵、防震、防潮等措施。儀器臺與窗、墻之間要有一定距離，便于對儀器的調試和檢修。應設計局部排風。使用原子吸收罩排風較為適宜。
以上實驗室，根據實際需要可設臵樣品處理室，一般有洗滌臺、實驗臺、通風柜等設備，同化學實驗室類似。
潔凈實驗室主要是通過人為的手段，應用潔凈技術實現控制室內空氣中塵埃、含菌濃度、溫濕度與壓力、以達到所要求的潔凈度、溫濕度和氣流速度等環境參數?？諝鉂崈舳仁侵笣崈艨諝猸h境中空氣含塵量程度，空氣潔凈度的級別以含塵濃度劃分。潔凈度是指每升空氣中所含粒徑≥0.5um的塵粒的總顆粒。我國空氣潔凈等級標準分為：100級、1000級、10000級、100000級。國際標準則劃分為：1級、2級、3級、4級、5級。
潔凈室
潔凈室一般實施兩級隔離，一級隔離通過生物安全柜、負壓隔離器、正壓防護服、手套、眼罩等實現;二級隔離通過實驗室的建筑、空調凈化和電氣控制系統來實現。但由于凈化空調需要風量小為了安全起見，風量都按大的估算，一般都要超過規范規定，物別是百級以上，冷熱負荷在要求不是很嚴格的
情況可能估算，現在專門有凈化空調機組，可以直接利用。二級~四級生物安全實驗室應實施兩級隔離。一般實驗室裝備有:超凈工作臺、生物安全柜、邊臺或不銹鋼操作臺、洗滌臺等。
以PRC實驗室為例(PCR即聚合酶鏈式反應)，是分子生物學研究和實驗的常規方法，也是生物學、醫學臨床等領域廣泛應用的實驗技術。其特點是能將微量的DNA大幅增加，實驗室通常分為四個區域，即：試劑儲存和準備區、標本制備區、擴增反應混合物配制和擴增區、擴增產物分析區(如使用全自動分析儀，區域可適當合并)。進入各個區域必須嚴格按照單一方向進行，不同的工作區域使用不同的工作服(例如不同的顏色)。工作人員離開時，不得將工作服帶出。
試劑儲存和準備室(標本制備區)，儀器主要配臵有：冷凍離心機、生物安全柜、冰箱、可移動紫外燈、全自動力核酸蛋白純化儀、專用工作服和工作鞋等。擴增反應混合物配制和擴增區配臵有：冰箱、高速離心機、超凈工作臺、PCR儀(要求負壓狀態)、可移動紫外燈、微量加樣器、核酸擴增儀等。擴增產物分析區主要配臵有：移液器、振蕩器、超凈工作臺、毛細管電泳儀、冰箱、離心機、微量加樣器、可移動紫外燈等。PCR
電子計算機室和研究室，電子計算機與我們的生活最為密切，主要考慮空調散熱、電源電壓等問題。配臵的裝備主要是帶鍵盤儀器臺。研究所主要是供研究人員辦公的地方，對我們實驗室裝備要求較低，在此不多作講解。
輔助實驗室：主要有天平室、高溫室、純水室、氣瓶室、貯藏室、溶液配制室、暗室等。天平室，分析天平是化學實驗室必備的常用儀器，高精度天平對環境有一定要求，主要是氣流和風速的影響，天平室應靠近化學實驗室，以方便使用，但不宜與高溫室和有較強電磁干擾的房間相鄰。高精度微量天平宜設在底層。天平室內不得設臵洗滌臺或任何管道穿過窒內，以免管道滲漏影響天平的維護和使用。高溫室，高溫爐和恒溫箱是常備設備，一般放臵在高溫工作臺上，但特大型的恒溫箱須落地安臵為宜，高溫爐秘恒溫箱須分開放臵。純水室，主要是設計的實驗裝備有;邊臺和洗滌臺?，F代實驗室多使用去離子水、水量大且能保證水質。地面需設地漏。氣瓶室，實驗室用氣除不燃氣體(氮氣、二氧化碳)、惰性氣體(氬氣、氦氣等)外，其他氣體具有高壓、劇毒、氧化分解、爆炸等危險性氣體，例如易燃氣體氫氣、一氧化碳;劇毒氣體為氟氣、氯氣;助燃氣體為氧氣等，這些氣體不得進行實驗室?？梢酝ㄟ^管子接到各實驗室內。溶液配制室，用于配制各種標準溶液和不同濃度的溶液。在允許的條件下，可由兩個房間組成，其一設有天平臺。另一間作配制試劑和存放試劑之用，一般應配臵：通風柜、實驗臺、試劑柜。
服務供應部分，為基本實驗室和輔助實驗室服務的場所，如高壓鍋室和水電氣輔助室等。我們只需稍作了解。
4、實驗室工作人員總人數;
5、儀器設備布局;
6、工作程序、流程專業設計;
第一部分為平面設計，甲方使用方先拿出最根本的功能要求、分布方案，我們給出初步方案。因為傳統實驗室建筑設計按國家建筑標準，僅是以外型和室內結構為主，并非以實驗室功能為主，建筑設計與功能設計脫節。
第二部分為單臺功能，單臺結構設計，應逐項、逐件、逐層，從整棟大樓、分層、分房間、分單件設計確定，全面細分確認;
第三部分，全部確認后，進入招標程序，然后中標方與甲方配合，裝修和凈化工程先行，交工驗收后實驗室基礎配套將進入責任明確階段，承擔責任，全部完工時集中同時驗收，基礎裝備部分為產品測試標準，測試與前兩項工程不同，有很大區別不可等同對待。
7、凈化室地面、墻壁通風流暢，防止死角，室內四角盡量空閑，易打理，簡潔。
二、單臺結構功能設計系統
不同專業采用不同實驗室專用基礎配套裝備，系列產品共分五大部分：A、實驗臺部分;B、儀器臺部分;C、功能柜部分;D、儀器設備部分;E、輸出系統部分;
A、實驗臺部分
1、實驗臺的分類：
①實驗臺按實驗室的功能劃分為：物理實驗臺(主要用于電子、電工、物理實驗);化學實驗臺(主要用于有機、無機化學實驗);生物實驗臺(主要用于凈化無菌實驗，如簡易解剖臺、不銹鋼操作臺等); ②按結構劃款式分為：鋼木結構(由鋼制支撐架、箱體、臺面、試劑架、連接件、輔件組成);鋁木結構：(由鋁制支撐架、箱體、臺面、試劑架、連接件、輔件組成);全鋼(箱體、鋼支架、臺面、試劑架、連接件、輔件組成)。
③按用途可分為：中央實驗臺、邊臺實驗臺、洗滌實驗臺、試劑架，實驗柜、實驗凳。
2、實驗柜的分類：
按材質可分為：鋁木實驗柜、全鋼制實驗柜。
3、臺面的分類
在整個實驗室基礎裝備銷售中，臺面占總報價1/3的份額，臺面的作用可見一斑。
①按實驗臺的功能作用可分為：
化學實驗臺面：防強酸、強堿、耐高溫;耐98%的濃硫酸;如實芯理化板。
物理實驗臺面：防靜電、耐溫、抗滑、穩定強;耐28%的硫酸，表面材質為防火板。
生物實驗臺面：防水、防止細菌密度強;表面材質為不銹鋼板。
②按照臺面材質可分為理化板、環氧樹脂板、大理石板和陶瓷板。
理化板(威盛亞)不能直接接觸光焰，對65%硝酸、鉻酸、氫氟酸有輕微疵點，對98%硫酸有疵點; 環氧樹脂是高分子材料，耐高溫(380℃)，具有優良的抗化學腐蝕性能，可修復及復原;
大理石一般用于高溫臺、天平臺等，耐高溫，但運輸過程中較容易損壞;
陶瓷價格比較昂貴，在國內用得比較少。其耐高溫和抗腐蝕性能極其優秀。
B、儀器臺部分
承重性、穩定性、抗外干擾、電控要求很高，氣體配送嚴格、安全、可靠、方便、易管理;承重：500Kg以上。主要用于儀器分析實驗室，如光譜、色譜、原子分析實驗室等。
實驗柜部分是前兩部分服務、儲存，重要功能部分涉及安全、環保問題;有鋁木和全鋼之分;試劑、藥品、揮發性藥品、劇毒品、氣瓶等儲存功能基本分以下幾種：
1、一般性能藥品柜;
2、揮發性藥品儲存柜;
3、氣瓶柜;
4、文件柜(資料柜);
5、更衣柜;
6、標本柜;
7、器皿柜;
C、儀器設備部分：
1、通風柜;
2、生物安全柜;
3、超凈工作臺;
4、劇毒品安全儲存柜;
7、解剖臺;
8、取材臺;
D、有害氣體輸出部分。在后面章節將會詳細說明，這里就作不重復。
三、供排水設計系統
供排水設計系統主要是為前期實驗室建筑設計服務。必須在裝修開始前完成實驗臺柜方案的確定，并出具供排水定位圖。
四、電控系統
實驗室供電系統也是實驗室最基本的條件之一。電源插座有：10A、16A。電源插座應遠離水盆和煤氣、氫氣等噴嘴口，并不影響實驗臺儀器的放臵和操作位臵。線盒采用鋼線槽(主要用于試劑架、邊臺和中央臺臺面上。電線線徑應充分考慮實驗的當前需要和擴容。必須在裝修開始前完成實驗臺柜方案的確定，并出具電位圖。
五、特殊氣體配送系統
實驗室用氣主要有不燃氣體(氮氣、二氧化碳)、惰性氣體(氬氣、氦氣等)、易燃氣體(氫氣、一氧化碳);劇毒氣體(氟氣、氯氣);助燃氣體(氧氣)組成。除不燃氣體、惰性氣體外其它氣體不得進入實驗室?？梢酝ㄟ^輸氣管接到各實驗室內。一般氣相室配臵氦氣(He)、氮氣(N2)。氣質聯用室
配臵了氮氣、氫氣、氧氣。氫氣管線上的連接管件都要連接后焊接，嚴禁有泄漏的可能。所有的管線在安裝完畢后一定要做氣密性實驗，并在使用前要先除油。由于管道細小，管間距小，安裝過程中可依據現場情況進行調整，保證間距不小于45mm，氣瓶裝瓶時，易燃易爆與惰性氣體同柜，杜絕兩種易燃氣體同裝一柜。
六、有害氣體輸出系統
實驗設計范文第5篇
摘要：介紹了虛擬實驗室的建設策略與關鍵技術，包括虛擬實驗室的系統平臺結構、組成部分設計和開發方式等，提出了虛擬實驗室元器件庫的建模方法、網絡化平臺方案、Web技術的運用方法和虛擬實驗室管理平臺設計方式，為開發工科類課程虛擬實驗室提供了技術支持和理論基礎。
關鍵詞：虛擬實驗室；建設策略；虛擬元器件庫；實驗教學
作者簡介：王?。?976-），男，遼寧旅順人，沈陽工程學院信息工程系，副教授；王慶利（1960-），男，遼寧沈陽人，沈陽工程學院信息工程系主任，教授。（遼寧?沈陽?110136）
一、虛擬實驗室研究的意義與建設策略
虛擬實驗方式能夠綜合利用計算機技術和虛擬現實技術，輔助實驗教學或完成在傳統教學中無法實現的實驗條件和實驗內容，提高實驗教學質量。虛擬實驗室結合Internet網絡技術，突破傳統實驗室對“時間、空間”的限制，緩解高校實驗經費、實驗教學資源不足的現狀。使用者可以通過虛擬實驗系統完成實驗內容的學習和操作實踐，多層次、多角度地對實驗設計和結果進行分析，然后再回到真實的實驗室進行實踐檢驗。這樣既節省了實驗時間，又提高了實驗效率，促進了創造性思維的發展。網上虛擬實驗室的開發與應用將會對實驗教學改革產生變革性的影響。
1.虛擬實驗室研究的意義
虛擬實驗室的特點主要包括以下幾方面：
（1）提高學生學習效果。學生可以在正式實驗前，在虛擬實驗室對實驗原理、實驗流程、實驗數據分析方法進行預習，還可以在實驗后，進入虛擬實驗室復習實驗，通過重復實驗現象，增強對實驗原理的理解。
（2）保護儀器設備。在虛擬實驗室中，對虛擬設備設置了過限保護，如最大電壓、最大電流等，即便學生誤操作，只會“損壞”虛擬設備，同時給學生發出警告，這樣保護了實際的儀器設備資源。
（3）提高設備資源的利用率和共享性。虛擬實驗采用基于Web的網絡技術，虛擬實驗裝置將提供24小時的全天候在線服務，從而提高設備的利用率。不僅可以為本校學生提供教學服務，同時也可以為不具備實驗教學硬件資源的院校和企業提供遠程教學環境，形成資源廣泛共享。[1]
2.虛擬實驗室的建設策略
虛擬實驗室的建設策略包括教學模式和學生交互式學習模式的設計、虛擬實驗室的系統總體結構和各組成部分的設計。在設計過程中重點研究將Web網絡編程技術、多媒體技術和虛擬技術相結合，構建虛擬實驗室網絡平臺系統。系統主要包括硬件、軟件及管理三個方面。
（1）硬件方面，目前多數院校已經建立了覆蓋教室和學生寢室的校園網絡并接入了互聯網，校園網絡中心也能夠提供運行虛擬實驗室網絡平臺的服務器，這些基礎設施基本可以滿足需求，不需要太多的投入。
（2）軟件方面，包括虛擬實驗室網絡平臺軟件系統的開發和實驗內容建設兩部分。實驗內容建設是虛擬實驗室建設的關鍵。在實驗內容建設方面針對不同的實驗項目可采用動畫、視頻、圖片、文字、聲音等幾種媒體表現形式有機地結合，設計出生動活潑的實驗教學界面。還可以制作出一些交互式、具有沉浸感的內容，讓學生從各個角度觀察和學習計算機硬件組裝與維護方法，仿佛身臨其境，以便更好地理解學習內容。
（3）管理方面，在虛擬實驗室網絡平臺上還應對虛擬實驗設備、實驗項目、實驗報告、測驗題目、實驗成績、實驗指導等進行有效管理，并對學生在虛擬實驗室的學習情況進行統計。
二、虛擬元器件庫設計
以計算機組裝與維護虛擬實驗室為例，虛擬元器件庫中的各個元器件主要為計算機的各個部件，每個部件具有多種型號，例如名稱、品牌、容量、接口類型、外形等。將各個元器件分別定義為實體C1，C2，……，Cn，再將每種實體所包含的不同型號元器件及其各種屬性定義為二維關系，形成如下的虛擬元件庫存儲模式。
R1（a11，a12，a13，……a1n）
R2（a21，a22，a23，……a2n）
……
Rn（an1，an2，an3，……ann）
在虛擬實驗室中進行計算機組裝實驗時，元器件的裝配關系闡述了各個元器件之間是以怎樣的相對位置關系組裝起來的，它表現了各個元器件的接口類型、自由度及相互約束關系。
在計算機組裝虛擬實驗中，元器件的裝配關系可抽象為：在前面的存儲模式中尋找一條路徑，保證相互連接的元器件具有相兼容的屬性。在元器件庫中同一種元器件有多種不同型號和屬性，若能夠生產一個滿足條件為Ci.Rx.axn=Cj.Ry.ayn=Ck.Rz.azn的集合，就意味著集合中的元器件Rx，Ry，Rz可以正確的組裝在一起，不斷在集合中添加符合條件的元器件，直至集合中的元器件能夠包含一臺計算機的全部硬件為止。
三、虛擬實驗數據結構的設計
在虛擬元器件庫設計的基礎上，對虛擬實驗所需的各種設備和器材進行數據結構設計，明確各設備和器材的組合關系以及連接屬性。例如：存儲器類（Memory）中可包括存儲器容量、接口類型、讀寫速率、外觀、尺寸、位寬等屬性。設計類的目的主要是用于封裝虛擬器件，以提供標準的儀器儀表的功能，為每種常用的設備或器材定義相應的實例。另外通過類中的方法可以實現對類中屬性的安全操作，并為器件與實驗系統的通訊提供統一接口，具體器件功能由所封裝的虛擬器件實現。通過對整個虛擬實驗系統的分析，設計了以下幾種基類：
1.虛擬元器件類
用于模擬基本電路板的結構和操作事件。
2.通用器件類
用于封裝虛擬元器件類，以提供標準的器件接口，實現器件的信號和引腳定義及其他可連線的方法。
3.虛擬操作類
用于定義虛擬實驗中的各種操作，統一虛擬器件間的相互作用，設置多種操作路徑和順序。
4.虛擬界面類
用于封裝各種器件的外觀和多媒體信息。
5.虛擬實驗類
用于對各個虛擬實驗項目、所使用的虛擬元器件、操作方法、界面風格等進行設置和管理。部分實現代碼如下：
public class majorinfo
{
private int id； //定義各種屬性
private String name；
private String type；
private String intro；
……
public void setid（int newId） //定義有關方法
{ this.id = newId；
}
public majorinfo getmajorinfo（int id）throws Exception
{majorinfo major=new majorinfo（）； //定義虛擬操作等
while（major.next（））
……
}
四、Web技術的運用
1.虛擬實驗室的網絡平臺
虛擬實驗室網絡平臺系統的開發，主要采用基于MVC架構的JSP技術，具體可采用Struts框架或其他框架，開發工具選擇對JSP支持較好的Eclipse。[2]Web服務器軟件采用穩定性和經濟型比較好的Tomcat，數據庫服務器可采用免費且功能全面的MySQL。
2.虛擬實驗室的實驗內容
虛擬實驗室應有具體的實驗來支撐，否則網絡平臺就是一個空架子，形同虛設。在設計實驗內容時充分利用3DMAX、Flash、流媒體、Virtools、虛擬現實、動態交互式網頁等技術。例如在實驗演示部分采用3DMAX或Flash制作各個實驗的操作演示視頻，在學生親自操作時采用具有交互功能的Flash、動態交互式網頁以及Virtools制作的仿真操作環境。[3]
以虛擬計算機組裝實驗為例，為使學生更好的觀察和了解計算機主要部件的連接方式，可采用3DMAX設計出計算機各部件的三維模型，通過動畫演示方式將分散的各個部件按計算機組裝的正確順序連接裝配成一臺完整的計算機。動畫中通過旋轉視圖使學生可以從不同的角度觀察組裝過程及效果。三維動畫效果截圖如圖1所示。
在軟件實驗中可采用VMware或Microsoft Virtual PC等虛擬機軟件，在其中可以完成硬盤分區及格式化、安裝操作系統、克隆軟件的使用等一些對計算機具有一定破壞性或危險性的實驗。在虛擬機軟件中完成上述實驗與在真實計算機中幾乎完全相同，而且不會對真實計算機造成任何不良影響，可明顯提高實驗效率和教學效果。
五、虛擬實驗室管理平臺設計
虛擬實驗的管理平臺應包括對實驗者、教師、實驗項目、實驗內容、虛擬元器件庫的管理，以及對實驗情況的統計。
學生可以憑用戶名和密碼登錄虛擬實驗室網進行虛擬實驗操作，完成實驗報告并提交到虛擬實驗室中，最后完成在線測驗題目。
教師可在線批閱學生提交的實驗報告，統計學生在線測驗的成績。另外通過對每個學生登錄后系統自動創建的Session對象記載學生在虛擬實驗室學習的情況（如登錄次數、累計登錄時長、虛擬實驗操作次數等），供教師查看和統計分析，教師可綜合以上信息給出學生的實驗成績。
管理者可以添加或修改實驗內容，在虛擬元器件庫中添加新型號的元器件，可將元器件的技術參數、圖片、視頻資料等更新到虛擬實驗室網絡平臺系統中，這樣不必購買新元器件就可以讓學生在虛擬實驗中體驗到新元器件的特點和操作方法。
在虛擬實驗室中還可以設置實驗答疑模塊和學習論壇模塊。由教師對學生實驗中出現的疑難問題進行及時解答，幫助學生順利完成實驗。同時了解學生對實驗的掌握程度，并及時反饋、調整教學。學生可以將實驗中的收獲、經驗、體會及問題發布到論壇上，教師可以將一些典型的問題提出來，供大家探討。
六、結論
通過虛擬實驗室進行實驗，既可以縮短實驗的時間，又可以獲得直觀、真實的效果，還能對那些不可見的結構原理和不可重組的精密設備進行仿真實訓，避免真實實驗操作帶來的各種危險。虛擬實驗室具有先進性和共享性，實驗教學項目和虛擬實驗元器件易于修改和擴充，減少了設備投入經費，使教學內容在虛擬的環境中不斷更新，及時跟上技術的發展。
參考文獻：
[1]肖隨貴,曾惠芳.淺論計算機虛擬實驗室的建設[J].教學與管理,2006,(10):143-144.
[2]劉浩.電力電子學網絡虛擬實驗室的設計與實現[J].實驗技術與管理,2012,(4):92-94.
[3]劉丹,楊尚真.基于VRML的網絡交互式虛擬實驗室的開發[J].中國教育信息化,2008,(5):32-33.
（責任編輯：孫晴）
實驗設計范文第6篇
生物學是以實驗為基礎的自然科學。實驗是培養學生科學方法、科學態度和創新精神的重要手段。近幾年高考生物試卷中，實驗題所占的比例越來越大，其中又以實驗設計題居多。因此，在實驗教學過程中，正確引導學生勤于動腦和動手，搜集和處理相關的科學信息，分析和解決問題，培養實驗設計能力，就顯得尤為重要。
實驗設計是科學探究的關鍵步驟，是當前素質教育在生物實驗教學中的具體表現。實驗設計是指實驗者根據一定的實驗目的和要求，運用有關的科學知識、原理，創造性地設計出新的實驗方案，并能獨立地根據實驗方案來處理相關的實驗問題。
近年高考的生物實驗題將實驗設計和完成實驗設計能力的考察作為一項十分重要的內容，因此，教師可引導學生掌握簡單的實驗設計方式，學會科學的實驗設計。
1 掌握實驗設計的基本原則 培養
學生科學的設計方法
在生物實驗教學中，教師要讓學生放開手腳，允許他們自主設計實驗探究過程，但在實驗設計的過程中，需要讓學生掌握實驗設計的基本原則。
1.1 主體性原則
“教為主導，學為主體”是新課程倡導下的教學方式。實驗設計關注學生的自主性，教師應把學習的主動權交給學生，放手讓學生自主學習，使學生在學習中善于發現問題，設計具體的實驗方案，并進行驗證。
1.2 科學性原則
實驗目的要明確，實驗材料和實驗手段的選擇要恰當，整個設計思路和實驗方法不能違背生物學基本原理和其他科學原理。
1.3 指導性原則
實驗設計是一個構思、磨合、實現的過程，思路應該以所學的概念、原理、規律等知識作指導，教師不能指揮學生去做，更不能代替學生做，應當讓學生充分發揮各自的能力進行實驗設計。
2 拓展實驗思路 引導學生進行自主實驗設計
實驗設計應面向全體學生，確立學生學習的主體地位。在實驗教學中，首先應尊重學生的主體地位，相信學生是“有想法、有個性、有創造力”的學生；其次，要創設民主平等的氣氛，善于啟發和指導學生動腦動手，引導學生正確地分析思考問題。
2.1 開放實驗室 給學生充分的自主空間 發揮學生主體地位
實驗室是實驗教學的主要場所，而開放實驗室更是以學生為主體的自主活動。開放實驗室就是讓學生動起來，按自己的要求，自己的實驗課題，自己的實驗設計提出申請，由實驗室提供儀器材料，實驗教師協助完成的一種教學模式。如在學習了《顯微鏡的使用》這一節內容，除了完成教材規定的實驗內容外，筆者還讓學生準備了不同的實驗材料，比如自己的頭發、隨手可捉的小蟲和隨處可見的葉片等，他們興致盎然地在顯微鏡下“亂”做一通，有學生驚奇地發現：“哎呀，我的頭發這么粗？”“哇，怎么我的頭發一端開叉了，好像一條叉路似的？”“小蟲身上有這么多毛！”另一個同學很氣惱地說：“蚊子在顯微鏡下是這么大的，原來是用這根‘針’來吸我們的血！”……同學們七嘴八舌地說出自己的發現，通過這種方式讓學生更多地體會到實驗成功的喜悅，充分滿足學生的好奇心，激發學生探究學習的興趣，收到較好的教學效果。
2.2 把部分實驗改為探索性實驗 充分發揮學生的自主思維
實驗課中僅僅根據課本實驗中的材料、要求、步驟進行實驗，難免限制學生的思維。在實驗過程中，學生會有各種想法，有的想法也有一定的價值；有時也會提出種種問題，得到各種不同的結論，甚至是錯誤的結論。教師不能打擊他們學習的積極性，應該肯定學生的想法，尊重他們，善于發現他們的優點。因此，除了完成課本實驗外，更應鼓勵學生進行一些探究性的實驗。如：“觀察植物細胞的質壁分離與復原”的實驗中，教材中用0.3g/ml的蔗糖溶液使洋蔥表皮細胞發生質壁分離，完成實驗后，有部分學生提出問題：為什么要選用0.3g/ml的蔗糖溶液呢？如果用濃度小于0.3g/ml或者大于0.3g/ml的蔗糖溶液來做實驗，實驗現象是否一樣呢？帶著這些疑問，筆者讓學生分組進行不同的探究：探究洋蔥表皮細胞在不同濃度的蔗糖溶液中是否發生質壁分離與復原，分離情況如何，復原狀況又如何？表1是學生記錄的數據。
從兩組實驗中看到：用0.1g/ml的蔗糖溶液時，細胞發生輕微的質壁分離，但現象不明顯，滴加清水復原較慢；用0.6g/ml的蔗糖溶液時，分離很明顯，滴加清水但不能復原；而用0.3g/ml蔗糖溶液時，分離較明顯，而且分離速度快，有一部分細胞原生質層已經脫離細胞壁，滴加清水，復原較快，現象明顯。通過實驗對比得出：蔗糖溶液濃度過小，不容易發生質壁分離而且分離速度慢；蔗糖溶液濃度過高，導致細胞失水過多而死亡，不能復原。因此，同學們得出一個結論：濃度為0.3g/ml的蔗糖溶液最適合做洋蔥細胞質壁分離及復原的實驗。
3 巧挖課本 強化訓練 提高學生
實驗設計能力
在教學過程中，巧挖課本，從不同角度，增加一些相關的實驗設計內容，進行訓練，這樣才能真正提高學生設計實驗的能力。
3.1 從實驗過程出發進行實驗設計
在教材的實驗中，大多數實驗都已提供了具體的方法和步驟。在實際教學中首先要引導學生思考實驗步驟設計中隱含的科學方法，引導學生了解實驗的思維過程，提出探究性的問題；其次根據實驗可能的各種條件，讓學生自行設計實驗，進行實驗操作，并做認真記錄，引導學生分析實驗結果，由結果推導出結論。如在學習《DNA分子結構》時，在簡要介紹DNA分子結構的基礎上，指導學生制作DNA分子雙螺旋結構模型，指導學生進行制作的具體程序如下。
（1）討論確定本組制作DNA分子雙螺旋結構模型的大小，設計方案，制作方案，確定使用的各種材料；
（2）按照設計的方案進行具體分工，逐步完成DNA分子雙螺旋結構模型的制作；
（3）對所制作的DNA分子雙螺旋結構模型進行檢驗，并進行必要的修補；
（4）回顧制作過程，復述DNA分子的結構，重點是雙螺旋結構的構成方式；
（5）展示各組成果，開展交流活動，取長補短，并小結。
在DNA分子模型的制作過程中，每一位同學都有自己的工作，每一位同學都會在主動的參與中獲得自己的體驗，學會分析，學會研究，學會合作與分享共同的成果。最終使學生形成提出問題→作出假設→設計實驗方案→探究過程→得出結果→分析評價實驗設計的方法。
3.2 利用實驗習題進行實驗設計
實驗設計題都是以課本中的知識點為依據的，這樣既能考查學生的基本知識，又能使學生在設計實驗時不至于無從下手。例如有一道習題：“被子植物花粉管的萌發與環境條件有很大關系”。為了探索微量元素硼對花粉的萌發有無影響，筆者向學生提供了如下的實驗材料和用品：新鮮蔥、蘭花、葡萄糖溶液、瓊脂、硼酸溶液、稀鹽酸、蒸餾水、滴管、鑷子、載玻片、顯微鏡等，讓學生自行選擇，自主探索，設計實驗方案并寫出實驗步驟，讓學生在實驗過程中獲得學習的樂趣。
4 體會與反思
探究式實驗設計模式是素質教育的具體化和深化，它有利于充分調動學生學習的積極性，把學習的主動權交給學生，使學生成為教學過程中的積極參與者，真正體現教為主導，學為主體的理念。在具體實施過程中，應注意以下幾點。
（1）在實驗過程中，讓學生勤于“動腦想”，不要局限于課本的實驗探究，鼓勵學生在日常生活或學習中勤動腦，發現問題并解決問題。
（2）鼓勵學生大膽“動手做”，讓學生在操作過程中理解知識。
（3）注重學生“動口說”，在探究過程中給學生
提供討論、交流、各抒己見的機會，充分體現以學生為主體的教學模式。