实验仪器
实验仪器范文第1篇
Abstract： The instrumental analysis is one of the important professional basic course of chemical engineering， and the instrument analysis experiment in the teaching is especially important. The instrument analysis experiment plays an important role in training students' practical ability， innovation ability， and problem analysis and problem solving skills. In this paper， the teaching method and other methods were studied based on the purpose of the instrument analysis experiment， combined with several years teaching experience.
关键词： 仪器分析实验；改革；研究
Key words： instrument analysis experiment；reform；research
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）16-0250-02
0 引言
仪器分析是在经典分析即化学分析基础上发展起来的，是分析化学的第二次革命。仪器分析涉及内容非常多，随着科技的发展，各种高灵敏、高选择且自动化的分析仪器不断涌现出来[1-2]。仪器分析可以培养学生的科学研究能力，同时，该课程也是解决化学及其它相关学科科研问题的重要手段，能使学生受到系统的实验技能训练，培养学生的动手能力和理论联系实际的能力 [3-4]，尤其是学生的综合创新能力。
仪器分析实验要求学生学会各种相关仪器的操作技巧和方法，并掌握相关实验原理，包含实验的基本操作、实验方案、图谱解析及数据处理等。与经典分析化学（湿化学）比较，仪器分析实验的理论性、实用性和操作性更强，是目前各种科学研究不可缺少的分析手段。与此同时，社会的迫切需求推动仪器分析发展迅猛，学科之间相互交叉、相互渗透、仪器也越来越走向智能化、简单化。所以，仪器的不断更新、新设备的不断出现，必然要求教师要不断更新教学方法、教学观念，进一步改革教育方法、教育手段，使学生更好的掌握仪器分析实验的技能，提高自我能力。
1 仪器分析实验教学现状分析
仪器分析实验开设在无机化学实验及化学分析（湿化学）实验之后，实验需要用到大型的昂贵仪器。仪器分析方法很多，且各种分析方法间没有必然的联系，知识点比较零散，这就导致仪器分析课程学习起来难度较大。仪器分析实验的开设，可以使仪器分析理论更直接化、显明化，对仪器分析的学习起到促进作用。
目前，仪器分析实验教学中存在一定的不足，主要表现在：
①所用仪器设备比较昂贵，各大院校仪器数目较少，但是实验学生较多，学生基本采取分组做实验，每个实验小组人数偏多，一般4-8人，所以学生动手机会和操作训练机会较少，教学效果不是很好。
②由于仪器分析实验理论性太强，学生感觉学起来很难，往往很难进入实验状态，对实验内容和操作也一知半解，把握不住重点。
③由于现在仪器基本自动化，操作方便简洁，所以大多数学生只是机械地按说明书完成实验操作、或按教师的讲解被动地做实验，知其然而不知所以然，这样时间久了，学生的学习兴趣也没有了。
④仪器分析验项目教多，但验证性实验较多，设计性实验和创新性实验偏少，学生的主观能动性很难得到发挥，学生的学习兴趣不高，长此以往，学生的应用能力和解决问题能力就得不到锻炼和提高。
⑤实验最终的考核模式过于简单，如有的高校采用开卷答题方式，有的用平时考勤或实验报告作为最终成绩，这些都不能体现学生的实验水平。
⑥实验教材统一性不强。由于各院校有的仪器设备类型、仪器型号等都不同，实验教材所以仪器很难和实际学校有的仪器匹配，这样学生不好预习。再加上仪器经常更新速度很快，造成实验课堂讲授的与学生实际所用仪器型号不一致。
2 仪器分析实验教学改革探索
仪器分析实验理论性和实用性都较强，为了进一步提高学生动手能力和解决实际问题的能力，教师应该不断改进教学方法，进行教学改革。
2.1 让学生尽可能地多接触仪器
仪器分析实验大多要用到较精密且较昂贵的仪器。由于各院校仪器较少，学生常常只是观看老师操作、不能亲自动手实验或亲自操作的机会较少。所以对所用仪器的结构、原理及操作总是一知半解。为了使学生能够多角度、直观而生动地观察实验，虽然有些实验教师也采用了一些较先进的教学手段，如多媒体课件、视频等，但学生也只是初步的、感性的认识，如何将实验内容与实验操作结合起来仍然印象不深，一片茫然。对此，教师应该让学生与仪器亲密接触、充分实践，这样才能取得较好的效果。
2.2 增加开放实验室的数目
开放实验室是目前高校发展的一个趋向，开发实验室可以开展设计性、综合性实验。但是由于仪器分析实验所用仪器有些比较昂贵，不能让学生擅自使用，所以仪器分析实验室要做到完全开放是不可能，但部分开放是可行的。如紫外可见实验室、电位法实验室等。这样，学生经教师批准后可以进入开发实验室进行实验。学生可以在实验员处领取实验药品，然后利用课余时间进行自己设计的实验，学生在实验期间负责实验安全和卫生。开放实验室为学生提供了很好的学习平台，可以提高学生分析问题和解决问题的能力，高校应该发扬这种行为，增加开放实验室的数目，以使更多的学习能够加入自觉学习的队伍。
2.3 多使用现代化教学方式
仪器分析实验要求操作规范，所以靠传统教学方式即靠教师演示难以达到很好的教学效果。而多媒体教学可弥补传统教学中存在的许多不足，把抽象的、学生难以理解的问题形象化和直接化、开阔学生视野、增加知识面、激发学生灵感、开阔学生思维。通过多媒体教学演示，使学生在轻松快乐的氛围中掌握操作要领，可以大大提高实验效率。
2.4 多举办各种实验技能大赛
实验注重的是学生的动手能力，尤其是分析化学实验，要求准而精。在学生中举行仪器分析实验技能大赛，可以激发学生的实验兴趣，使得学生能够重视实验，也可以锻炼学生的实验动手能力，加强学生的基本技能和基本操作，全面提高学生的各种素质。最后，奖励实验技能大赛中表现优秀的个人或团体，增强学生的实验兴趣。
2.5 考评体系多元化
实验考核中，应“重过程，轻结果”，实行考评制度多元化，充分调动学生的主观能动性[5]。考评体系主要包括：预习、实验操作、实验态度、实验报告等。开始实验前，老师通过向学生提出问题等方式检查学生的实验预习情况，督促学生做好实验准备工作。实验过程中，观察学生实验操作、要求学生认真操作，若学生实验过程中遇到问题，引导学生能够自己解决问题，老师做好得分记录；实验报告要求学生如实记录实验现象，实验数据，特别是实验中的异常现象要如实记录，导学生树立正确的科学态度，并要求实验报告整洁。多元化的考评体系，更加注重学生主动参与实验的过程、善于思考的能力、它能全面地公正地反映学生实验的真实水平，培养了学生求真务实的学风。
3 结语
仪器分析实验可以检验学生理论知识掌握情况，是理论联系实际的过程。随着科技的发展和仪器分析应用领域的拓宽，对各大院校实验课程的要求也越来越高。仪器分析实验课程的改进，不仅可以提高学生的实验技能，也可以培养学生的创新能力和实事求是的科学态度。只有在教学实践中不断积累，大胆创新，充分调动学生的积极性和主动性，提高教学质量，才能达到教学改革的目的。这是一个长期而艰难的工作，需要高校老不断地探索。当然，仪器分析实验教学改革不仅如上所述，我们将在以后根据实验过程中出现的问题不断进行修改和完善，不断进行教学改革，为提高学生的综合素养提供一个更好的平台。
参考文献：
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实验仪器范文第2篇
［关键词］翻转课堂；仪器分析实验；教学改革；教学方法
一、翻转课堂的理念和特点
翻转课堂（InvertedClassroom）又称为“颠倒课堂”，是指学生在课前利用教师在网络上的音视频电子教材等数字材料自主学习课程，然后在课堂上参与同学和教师的互动活动（释疑解惑、探究问题等）并完成练习的一种新型教学模式和教学形态。翻转课堂教学模式最早由美国学者J.WeleyBaker于2000年提出。2007年，美国科罗拉多州落基山林地公园高中的两名化学教师JohnBergmann和AaronSam用视频软件录制PPT课件并配音，将所录制的教学视频上传到网络，嘱咐学生提前在课下自主学习，课堂教学时间则主要用于老师集中答疑和问题讨论，或对实验操作有困难的学生提供针对性的指导[1]。继首次实践了翻转课堂的教学模式，为帮助更多的教师理解和接受翻转课堂的教学理念和教学方法，林地公园高中于2012年1月30日举办了第一个翻转课堂开放日，向参观者呈现翻转课堂的运行情况和学生们的学习状态。2007年，美国人萨尔曼可汗利用网络进行翻转课堂教学模式的视频授课并获得成功，他录制的每段视频课程长约10分钟，采用电子黑板系统从最基础的内容开始，由易到难逐步进阶且互相衔接进行教学。教师在网站上开发了一种练习系统，详细并完整记录了每位学习者对每一个问题的练习记录，教师据此可轻易得知学习者对知识的掌握程度。以他名字命名的可汗学院翻转课堂教学模式被认为正式打开了未来教育的曙光，而被加拿大《环球邮报》评为2011年影响课堂教学的重大技术变革。翻转课堂教学模式颠覆了传统的教师主导课堂的模式，可以极大地调动学生的自主学习积极性，并充分利用学生的课外时间，使其逐渐成为当前全球教学研究的热点课题。翻转课堂是通过逆向安排知识传授和知识内化，倡导以学生主导、教师辅助，重新编排教师和学生课堂教学内容、性质的新型教学模式。翻转课堂教学模式的实施主要涉及以下四点：（1）制作精美的教学视频；（2）颠倒传统的教学流程；（3）让学生真正实现自主学习；（4）把学习从追求学历的禁锢中解放出来。短小精悍教学视频的使用和传统教学流程的调整成为翻转课堂教学模式最具特色的两大标杆性要素。翻转课堂教学模式不仅改变了传统的教学结构，而且改变了传统的教学流程，具有与传统教学模式截然不同的特点和独特的优势。传统教学模式一直以来都是以教师课堂讲解为主，学生被动接受教师传授的知识，在时间、空间上都受到限制，使得学生学习的积极性和主动性都不高。翻转课堂教学模式则采取学生自主学习为主、教师课堂讲解为辅的新型教学结构，可使教师从课堂满堂灌角色中释放出来，并强调课堂上教师对于学生的针对性指导以及学生之间的团队协作学习，可使学生更有效地掌握知识。其次，翻转课堂教学模式采取学生课前通过PPT课件和视频自主学习，教师课上有针对性地攻克重难点并答疑解惑的教学流程，不仅为学生提供完全个性化的学习时间、空间和途径，而且也对增大资源共享和教学信息量提供较大的帮助。翻转课堂教学模式要求学生根据教师提供的重难点在课前自主学习新知识并总结归纳学习知识点，同时开展团结协作交流模式，可有效激发学生的学习动机和自主学习积极性，也有利于提高教师的教学水平和教学技能。
二、仪器分析实验课程现状
仪器分析课程是普通高师院校化学等相关专业的核心课程，具有十分重要的地位。由于仪器分析是一门仪器课程，涉及物理学、电子电工学、计算机科学等多种学科结合，具有理论性较强、实践性较强、内容更新快等特点。仪器分析实验作为仪器分析理论课程的有力补充，能加深学生对仪器分析基础理论知识的理解，熟练掌握仪器分析的实验操作技能，培养学生认真严谨、实事求是的科研态度，提高学生的科研创新意识，有利于更好地适应社会发展和人才培养的需求[2]。就目前广西少数民族地区的高等师范院校学生的实际情况来看，学生在学习该课程时仍存在较大的不足。大部分学生认为仪器分析实验课程较抽象，对仪器的原理、构造的理解程度不够深入，学习热情不够高。仪器分析实验所用的仪器精密度相对较高，学生真正操作或是会操作的仪器类型非常有限，导致大部分学生的仪器操作能力差，进行毕业设计或者就业应聘时面对仪器无从下手，严重阻碍了学生学习的积极性。由于是师范院校，绝大部分学生将来就业的单位为中学，而中学基本上没有使用仪器的机会，因此造成学生对该课程不太感兴趣，重视程度不够高。对于实验课程，大部分学生往往只是照本宣科抄一下书中的实验内容，缺乏深入思考，也未完全理解实验基本原理及具体的实验操作过程。实验过程中，部分学生还存在实验习惯不好、实验操作不规范的情况，如不及时记录实验数据、擅自更改实验数据等。我们在总结仪器分析实验教学经验的基础上，改革了传统的仪器分析实验教学方式，取得了较好的教学效果。
三、翻转课堂在仪器分析实验教学中的改革实践
翻转课堂教学模式应用于仪器分析实验课程的教学改革有望取得较好的教学效果。利用发达的现代教学网络和计算机技术，教师可以提前制作精美、生动的教学课件，同时引入新颖、先进的知识和技术，丰富教学内容并将其上传到网络。学生可以利用自己的课余时间，通过微信、QQ等多种方式随时随地自主观看教师上传的教学视频及学习资料，自主学习，自由讨论，消化吸收知识，对于有疑惑的知识也可以事先相互讨论，如对问题实在难以解决则可记录下来，留待教师解惑。在课堂实践教学过程中，教师则主要针对学生的疑问进行解答，并通过一定的课后练习达到巩固知识点的作用。由于翻转课堂教学模式的教学组织形式由传统的“课堂授课讲解+课后作业巩固”转变为“课前自主学习+课堂针对答疑”的模式，极大提高了学生学习的积极性和主动性，活跃了课堂气氛，显著提高了教学效果[3]。截至目前，翻转课堂教学模式主要应用在理论课程的教学过程中[4-5]，而在实践教学课程中的应用相对较少，尤其是在仪器分析实验课程教学中则更少[6-7]。仪器分析实验课程是仪器分析理论课程的重要实践环节，其课程教学模式亟待改革以提高教学效果。在仪器分析实验课程的教学过程中主要应用很多仪器，课程重点也是培养学生独立实现分析仪器的规范操作和正确使用。随着分析仪器设备的更新和发展，基本上所有仪器设备都实现了电脑联网操作，较多进口仪器设备的操作软件还是英文操作界面，必须提前熟悉这些仪器的操作才能大大提高仪器的运转效率，也更有利于学生理解实验内容。因此，针对仪器分析实验课程的课程特点，在该课程中应用翻转课堂教学模式是十分必要和适合的。基于翻转课堂教学模式的仪器分析实验课程教学改革，首先需要转变教师的教学观念和学生的学习观念，需要改变教师手把手地教授仪器的使用的方式，而让学生通过课前观看教师精心制作的教学视频，并查阅相关的理论教材和文献资料深入理解仪器构造和操作流程。我们根据仪器分析实验课程的要求，结合翻转课堂教学模式的特点，获取并整理了一系列新颖、生动、短小精悍的网络视频，对于网络上缺少的教学视频我们就自己进行制作（特别是设备操作类的教学视频），实现针对性教学。对于有条件的实验，我们还尽量提供一些虚拟仿真操作软件和设备模拟动画等，为学生提供模拟环境以进行仿真模拟操作，进而检验学生自主学习和自身预习的效果，加深对仪器结构的理解程度和实验操作的熟练程度。教师将这些教学视频上传到网络上，如何引导和督促学生在课前的课余时间充分利用网络进行学习，成为翻转课堂教学模式运用是否成功实现的关键。由于目前高校学生的日常活动十分丰富，社团活动更是应接不暇，占据了学生大部分的业余时间，也在一定程度上阻碍了学生的课前自学时间。为此，我们专门针对这些情况设置了被动式和主动式相结合的方式督促学生提前进行自主学习。借助学校的网络平台和多种网络资源，我们对网上的教学素材进行设置，允许学生在线观看且不可下载，并对学生在线学习的内容和时间进行统计，即可直观量化了解学生的课前自主学习情况。此外，依据翻转课堂的主旨“以学为中心”，我们还注重引导学生进行主动式学习。针对每个实验内容，我们不仅通过网络平台每个学习阶段要完成的内容，而且提出一些具体的实验案例思考，刺激学生的好奇心，激发学生主动学习的积极性。同时，我们还在实验前设置了一些涉及实验具体操作、仪器使用注意事项等方面的问题，促使学生进行自主学习。在学生正式进入实验室进行实验操作之前，由教师随机提问每位学生1至2个问题，学生的答题情况将作为该实验成绩的一个重要组成部分，以切实加强学生在实验教学课前的自主学习效果。在学生开展实验的过程中，教师对学生的实验操作过程进行监督，对学生出现的问题及时进行纠正。在学生实际操作之前，将全体学生每4人分为一组，并在学生操作或等待仪器给出数据的间隙，教师和学生进行广泛深入的交流，组织学生积极开展课堂讨论，并结合实验内容加深学生了解仪器分析方法的实际应用范围，提出某些新型物质的实际检测方法和要求。在小组完成仪器操作和使用过程中，我们督促学生相互合作与讨论，遇到问题先组内探讨，解决不了再询问教师。教师依次巡视各实验小组的实验情况，及时指出实验操作中遇到的问题，避免损坏实验仪器。实验结束后，教师可根据实验仪器使用过程中的重点步骤和操作难点进行有效的、针对性的提问，了解学生的实际掌握情况，并结合实验操作过程和实验数据及时进行分析和点评。按照课程要求，教师应正确指导学生认真书写实验报告，正确处理和分析实验数据，总结实验结果并对分析结果进行讨论，以切实提高课程教学效果。基于翻转课堂教学模式，我们以“测量维生素B6注射液中维生素B6的含量——分子荧光光谱法”为例设计并实施了翻转课堂的教学模式，具体实施过程分为三个方面。（1）课前：教师将提前录制的有关荧光光谱仪使用的教学视频上传到网络，供学生自主学习。同时设置关于维生素B6注射液中维生素B6含量测定的相关问题，如：测定维生素B6含量的实际意义、常用的测定方法、国标规定的测定方法等。根据学生课前查阅的相关资料，指导学生自己设计实验方案，并完成实验预习报告的书写。（2）课中：教师有针对性地指导学生进行维生素B6注射液中B6的含量测定实验。在实验过程中，将学生4人分为一组，指导学生按照实验要求完成实验内容，并注意引导学生进行组内讨论和问题释疑。教师对于学生实验过程中的错误要及时纠正，保证学生顺利完成实验操作。当实验项目完成后，教师对实验重点步骤和操作流程进行提问，并最终对学生进行实验操作过程和实验态度等多方面的综合评价。（3）课后：学生根据要求完成实验报告的撰写，处理实验数据并对实验结果进行分析。对照相应的国家标准或行业标准对实验结果进行准确性和灵敏度的综合评价。仪器分析实验课程翻转课堂教学模式的实施，使该课程的教学效果得到较大提升。学生们对该课程的学习热情得到了极大的提升，课堂气氛也十分活跃。翻转课堂教学模式在仪器分析实验课程教学过程中的成功应用，不仅培养了学生良好的操作技能，也培养了学生的学习能力，而且能使学生从实验当中总结出经验教训，紧密联系实际应用，让学生确实觉得学有所值。
实验仪器范文第3篇
关键词:物理教学 教学仪器 完好率 开出率 管理使用
物理是一门实验学科,课本中安排了大量的课堂演示小实验、学生分组实验和课外小实验,还有不少实践性的准实验习题。这各种各样的实验占了物理总授课时数的10%以上,它们是学生形成物理概念、加深对知识的理解、发展能力、培养技能的重要手段,也是塑造学生科学精神和培养良好品德,促进学生大脑由形象思维向抽象思维转变的有效途径。因此,要加强仪器管理,提高实验的开出率和仪器的利用率。
一、加强仪器管理和使用,提高仪器完好率
在仪器管理方面,要加强规范化管理,建立和健全各种规章制度,落实各种表、册、账、单的使用。对损坏的仪器只要能修复的,要迅速修理,做到修理不过周。力争使仪器的完好率经常保持在95%以上,保证物理教学实验的正常进行。虽然仪器在使用和管理中有一定的难度,但还应该进一步完善仪器管理和使用制度,是仪器管理和使用工作做到又“严”又“细”。
所谓“严”就是对学生要求严格,使学生养成良好的习惯。要求学生“不乱说、不乱动、细看书”。“不乱说”有利于进一步的学习和管理;“不乱动”使教室保持良好的秩序,使学生“动”在关键处;“细看书”则可以使学生准备充分,以利于实验的顺利进行。然而,这几个字说来容易做起来难。所以,这里就必须强调“严”。只要教师坚持严格要求,久而久之,学生就养成了好习惯,为上好实验课打下一个良好的基础。
所谓“细”就是管理要具体,检查要认真。在实验中,严禁各组随便调换仪器,实验必须按操作规程进行;实验后,各组组长要细心检查,认真整理器材,值日班长还要逐组检查、登记各组的仪器完好情况,这就确保了小件仪器无遗失,大件仪器无损坏。如电学实验中的接线夹,小而好玩,谁见谁爱,我就把每一组的接线夹整齐地夹在一块硬纸板上,写上使用者的名字,这就增强了同学们的责任感,使管理易于进行。再如天平砝码盒中的小砝码和镊子,也是小而易丢的器材,每次实验后我都督促值日组长一个一个掀开盒盖看看缺不缺,摆放是否到位。
只要不断完善仪器管理制度,抓住这“严”和“细”,才能充分保证仪器的完好无缺,杜绝不正常的损耗;对于正常的故障,也能随时发现及时修复,使仪器保持良好状态,确保教学实验正常开展。
二、搞好实验教学,提高实验开出率
教学仪器的配备,就是为了在教学实验中使用。而要使实验教学坚持下来,第一要解决思想观念问题,第二要解决方法问题。思想观念不解决,就坚持不了实验教学,方法问题不解决则做不好实验。
在教学实践中,我逐渐认识到实验在物理教学中的重要作用:它不仅能帮助学生掌握新知识,更能提高学生的操作技能和培养学生的整体素质。新知识包括仪器的用途、结构、实验目的和原理、实验步骤与合理的操作顺序等常识,还包括数据处理、结论的得出等。操作技能,包括仪表读数、仪器组装调试、操作注意事项等。基本素质则包括严格的科学精神和良好的工作习惯等。在课堂上讲实验,至多能使学生了解理论知识,技能的提高和素质的培养是根本谈不上的。而技能和素质则是学生学好物理、促进相关学科学习进步的重要因素。这甚至对学生一生的成长都会产生重大的影响。观念问题解决之后,方法问题也就迎刃而解。在实验方法上,应坚持以下几点:
1.每一个实验都提前做好准备。对学生,要求课前进行实验预习,明确实验目的、实验要求和实验原理,了解实验的方法和步骤,设计好实验所用的表格。使学生对实验心中有数,这就避免了在实验课上占用部分时间去做准备的弊端,从而赢得较为充分的动手操作时间。作为教师,课前则要对所用器材进行认真的检查和调试,该修的修,该换的换,把实验中易出现的问题解决在上课之前。在学生动手前,教师最好亲手做一遍实验,把握实验步骤的难点与关键,认真测出数据,推算出误差范围,做到心中有数。如在伏安法测电阻的实验中,要用各种取值方法,对不同的定值电阻测出了数组数值,进行推算,发现对任何定值电阻,不论精确到哪一位,三个组值误差均在0～0.6欧之间。如在一次实验中,曾有一个组测出的三个数值相差1欧姆以上,我就及时指导他们查找原因,结果发现他们的电流表读数有误,把1小格0.2安培读成了0.1安培。
2.在实验课上,先做好示范,把实验中易出现的问题给同学们讲清楚,在学生实验时加强巡视,随时掌握实验进度,统计完成情况,督促对现象和数据的记录,推广好的方法等。课后,则特别要帮助实验失败的小组分析问题、查找原因,并尽快安排他们补做实验。这里最重要的是“及时”,唯有此才能保证每个实验的成功率在95%以上。
3.要留给学生有继续研究的余地。要求大家在认真完成教材任务的基础上,争取人人动手,重复练习,多次操作,以期知识转化为技能。实践也证明了这是升华知识、提高兴趣、培养基本技能的有效方法。在某次研究串并联电路的实验课上,当多数组完成基本实验后,我宣布各组间要进行一次连接并联电路的比赛,这时各组都认真地准备起来,气氛紧张而有秩序。比赛结果,全班完成并联电路只用了一分钟,最快的组仅用了30秒,由于串并联电路的连接过了关,在以后进行的测电压、测电流和测电阻的实验中,这些知识就发生了正向迁移,很快带动了一系列的实验得以顺利完成。
三、开放实验室,提高仪器利用率
在做好教材要求的分组实验后,充分发挥教学仪器的作用。每个小组、每个同学随时都可以到实验室去做自选的实验。有的同学去补做还存有疑问的分组实验,有的去做老师课堂上做过的演示实验,有的去做课后的小实验,还有的去做习题上的实践性实验……总之,只要同学们提出申请,我都尽力给予安排。这样做虽然麻烦了一些,但却极大地激发了同学们的学习积极性,有力地深化了对物理知识的理解。有个同学在做了“伏伏法”和“安安法”测电阻的习题实验后,在实验报告的最后写道:“做了这两个实验,我更认识到了动手做实验的重大意义,它不仅使我理解了这部分知识,还使我了解了这部分知识在实践中的应用。”
由于通过严格的管理来发挥教学仪器应有的作用,通过科学的训练来提高学生的素质和技能,因而教学仪器的整体效益充分得到了发挥,学生的素质和技能得到有效地提高。
参考文献
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实验仪器范文第4篇
关键词：实验教学；虚实结合；可编程控制器
可编程控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）是将计算机技术、通信技术和自动控制技术结合在一起的自动控制设备，具有可靠性高、体积小、功耗低、抗干扰能力强等诸多优点，保证其在温度和湿度较高、空间较小、工作环境恶劣的环境下稳定、可靠、长时间的连续工作，已经广泛应用在工业领域。
大部分学校的工科专业将PLC的原理与应用技术作为重要课程内容讲述。为配合PLC原理与应用技术的课堂教学，各高校一般采用可编程控制实验仪进行实验教学，以辅助学生更好地掌握其基本知识，帮助学生加深对PLC性能、特点、指令的理解，更加熟练掌握PLC的编程方法和编程技巧。建立一个专门的PLC教学实验室费用很高，而且由于PLC技术本身的发展很快，实验室整体升级的成本压力也很大。而虚拟实验仪器正逐步应用于教学、科研等领域的模拟仿真，用虚拟实验取代传统实验教学能在一定程度上消除实验场地不足，实验仪器不够用，价格昂贵等诸多因素对实验教学造成的不良影响。但是，PLC原理与应用技术是一门实践性很强的课程，如果完全采用虚拟实验仪器进行实验教学，学生理论与实践学习仍然脱节，达不到实验教学的目的。为此，如果采用虚实结合的方法设计PLC教学实验仪器，不仅可节约实验室建设费用，而且可以达到预期的实验教学目的。
1 应用背景
为配合PLC原理与应用技术课程的课堂教学，我校订购了一批专用PLC实验教学仪器，但在教学实践中发现，由于参训学生的理论基础和专业知识差别较大，需要按照学生来源和各专业的培养目标制订相应的教学计划和教学方法，同一种实验仪器很难完全满足实验教学需要。另外，由于每季参训学生数量变化非常大，如果按照最多人数购买仪器，会造成很大的浪费，同时给实验室建设形成压力，但如果订购的仪器数量不足，会造成教学资源不足等问题。
为解决这些实际问题，我们设计了一种虚实结合的PLC教学实验仪器。该教学实验仪器以实为主，虚实结合。实验仪器包括计算机和PLC实验箱两部分，在进行虚拟实验时，计算机为学生提供和PLC编程软件相同的编程环境编写源程序，学生可在不接PLC实验箱的情况下运行虚拟程序，虚拟程序可模拟PLC实验箱面板上所有的开关和信号灯，学生可根据需要进行虚拟操作，并可在计算机虚拟面板上检验查看运行结果，还可根据运行结果在线修改源程序。另外，在编程环境软件进一步优化后，还可提示各种错误信息和运行状态信息等。学生在掌握PLC编程的基本技术后，可采用实物PLC实验箱进行实验。利用网络将自己的源程序传输到接有PLC实验仪器的计算机，并根据实验要求正确接好每一根信号线，然后将源程序下载到PLC中运行，利用实验仪器的面板开关和指示灯检查自己的程序是否正确。
该虚实结合实验仪器不仅可在没有实物PLC实验箱的条件下，让学生在虚拟仿真PLC编程环境中学会PLC的编程技术方法和技巧，还可让学生在熟练掌握这些方法和技巧后，能结合实物PLC实验仪器进行数据输入输出的各种实验，进一步巩固所学的PLC工作原理和硬件接口等知识。
另外，该教学实验仪器可在已有PLC教学专用实验室的基础上扩展，也可融入相关实验室，在现有的基础上不需要太多硬件投入，大大节约了实验室建设费用。
2 虚拟操作界面设计
虚拟实验仪器中虚拟操作界面是学生在进行虚拟实验时需要操作的虚拟面板，所以其虚拟操作界面必须与实际教学实验仪器PLC实验箱面板具有相同的控制和显示功能。学生利用鼠标或键盘操作虚拟面板上的开关和接线，根据虚拟PLC程序的运行情况，虚拟面板上指示灯给出相应的变化，实现与实际教学实验仪器完全相同的操作与显示。
2.1 基础界面设计
虚拟界面需要对实际教学实验仪器PLC实验箱的面板尽量模拟得真实和美观。CorelDraw是一款绘图与排版软件，界面设计友好，操作精微细致，它是基于矢量图的绘图软件，被广泛应用于商标设计、标志制作、模型绘制、插图描画、排版及分色输出等诸多领域。因此本文采用CorelDraw软件绘制虚拟界面图。
CorelDraw软件绘制虚拟界面不包括各种开关按键和指示灯，因为开关按键和指示灯可分别操作或显示，其效果图如图1所示。
2.2 控件设计
虚拟界面上不仅有需要操作的控件，而且有显示的控制。操作显示控件设计是虚拟实验仪界面设计中的重要内容之一，它不仅是虚拟仪器界面不可或缺的组成部分，而且在虚拟操作时具有数据输入输出的功能，使得虚拟仪器具有虚拟操作和显示的功能。
教学实验仪器PLC实验箱面板上主要有3类控制和显示的元件，分别是开关按键、LED灯和角度转盘。为模拟教学实验仪器PLC实验箱面板上的各种开关按键、指示灯和角度转盘的转动，需要利用CorelDraw软件绘制与实验仪器操作面板上完全相同的开关按键、指示灯和角度转盘，包括开关状态位置和指示灯显示不同颜色的图片，再利用GLStudio和Visual C++软件编写操作界面上按钮及仪表的控件，最后将其组合成完整的虚拟实验仪界面。
本文以绿色按键为例说明控件设计。图2是利用CorelDraw软件绘制的绿色按键的两种不同状态的图像，其中a是按键开关断开状态，b是按键开关接通状态，2种状态的切换是以鼠标单击为条件。编写控件的方法是，通过GLStudio将这2种状态的图片叠加，再用VC软件定义按键2种状态的输入输出变量并对两种状态进行赋值，然后定义“单击事件”并进行事件编程，编译得到绿色按键的控件，其运行效果是在按键上单击鼠标左键能够让按键在两种状态下切换，且该控件不仅能通过鼠标左键进行状态切换，也可以通过程序改写其内部状态变量而改变其状态。如图2所示。
转盘控件的设计与按键不同，它需要达到的效果是能够连续旋转，不再仅仅是两种状态的切换。转盘控件不仅要模拟最终角度的变化，而且还需要模拟转动过程中的角度和角速度。转盘控件的编写方法是，按照实际比例绘制出转盘，通过GLStudio将图片关联到转角变量，然后通过在VC中调用相关的响应函数控制转盘的旋转，转盘的旋转角度可由转角变量指定。另外，为达到模拟角速度和角加速度的效果，需要PLC控制电机时采用路径规划模式，所以要在控件设计过程中给出该模式数据的接口，并进行相关数据的处理。再通过VC对其进行相应的编程，得到通用的转盘控件。转盘控件的效果图如图3所示。
2.3 完整虚拟界面
在基础界面和所有控件设计完成后，按照教学实验仪器PLC实验箱面板上相关元件的位置将按键控件、转盘控件与基础界面进行组合，得到如图4所示的虚拟界面整体效果图。
与真实仪器一样，虚拟界面同样有红色按键、黄色按键、绿色按键、转盘、LED灯以及电源开关等，并与实际教学实验仪器PLC实验箱面板所对应元件具有完全相同的功能。由于虚拟界面各按键和指示灯并没有实际接线，而仅仅是逻辑变量，所以可以进行多种不同的组合，使得虚拟界面具有比实际PLC实验箱面板更加丰富的控制功能。
3 控制程序设计
虚实结合的PLC教学实验仪器控制程序不仅需要具备虚拟实验的模拟能力，还要能与实物PLC连接，进行实物实验，因而还要具有实验类型和实验项目选择能力和相关逻辑判断能力。
根据教学目的要求，该PLC教学实验仪器至少需要模拟实物PLC实验仪中的4种实验，分别是流水灯实验，交通灯实验，步进电机模型实验，电梯模型实验，这4个实验由易到难，涵盖了PLC的主要使用功能，可满足不同类型教学的需要。
受教学实验仪器PLC实验箱面板大小和内部线路布置的约束，实物实验的实验项目很难进行拓展。而虚拟实验并不受面板开关按键数量和接线布置等因素的影响，在适当的条件下可随时进行拓展。学生可依此平台自行设计各种实验，而且没有损坏仪器设备的危险。虚实结合的PLC教学实验仪器不仅丰富了实验项目内容，增强了实验的趣味性，而且很大程度上提高了学生的学习积极性，充分挖掘学生潜力，培养学生的创新精神。
整体程序的设计采用了选择结构框架，其实验项目结构图如图5所示。
LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，实验室虚拟仪器工程平台）是一个程序开发环境，类似于C，BASIC。LabVIEW的特点在于，它使用图形化编程语言G在流程图中创建源程序，而非使用基于文本的语言来产生源程序代码。LabVIEW还整合了与诸如满足GPIB，VXI，RS-232和RS-485以及数据采集卡等硬件通讯的全部功能。虽然LabVIEW是一个通用编程系统，但是它也包含为数据采集和仪器控制特别设计的函数库和开发工具。LabVIEW程序被称为虚拟仪器（VIs），是因为它的外观和操作可模仿实际的仪器。由于本文设计的教学虚拟仪器将与PLC进行串口通信，而LabVIEW提供了通用的串口通信模块，使得其接口通信十分方便，且采用LabVIEW很容易利用已绘制的界面和设计的多种控件，大大缩短程序设计周期。
因为同一时刻只能进行一类实验，所以在程序设计上，4类实验的选择是并列的，该类实验的各个具体实验项目之间也是并列的。由于实现项目程序编写情况类似，在此仅给出电梯模型实验呼叫等待模式的程序框图，如图6所示。
4 结束语
笔者介绍了利用虚实结合的方法实现PLC教学实验仪器的设计。学生不仅可在虚拟实验仪器上进行PLC的编程学习，而且可以在所有操作方法不变的情况下，进行PLC的实物学习。实践证明，使用虚实结合的教学实验仪器能以较低的成本达到较高的实验教学效果，同时因其在一定程度上不受原实物实验仪器输入输出信号的限制，扩展性好，可以更好地发挥实验仪器的作用。
参考文献
[1] 王华忠，姚俊，程华.一种虚实结合温度控制远程实验系统的开发[J].华东理工大学学报，2012，38（2）：205-209.
[2] 周坤芳，张新如，周湘蓉.“无线电导航仪”课程“虚实结合”的实验教学[J].实验室研究与探索，2007（3）：83-85.
实验仪器范文第5篇
关键词：医学检验；临床检验仪器；教学；实验；设计
笔者在临床教学中选用的教材为曾照芳主编的《临床检验仪器学》第二版，为了将理论联系实际，在紧密结合理论课教学内容的基础上，笔者在设计实验课教学时重点考虑了以下几点：
（1） 课时分配。“临床检验仪器学”总课时为54课时，具体课时分配为：理论课36学时，实验课18学时，其课时比为2：1，充分体现了实验环节在整个“临床检验仪器学”教学中的重要性，也为学生理论指导实际，锻炼自己的动手能力和实验技能提供了充裕的时间。
（2）实验课内容的设计。重点突出了以下两点：第一就是要注重学生基本技能、基本操作的培养和锻炼；第二是要熟知重点大型检验仪器、业内先进检验仪器，使学生紧跟时代潮流，贴近临床实际。在实验教学中，教师分别安排学生进行全自动尿液分析仪、全自动血液分析仪、流式细胞仪、全自动生化分析仪的实验和见习，使学生亲临临床一线，参观或自己动手操作，熟悉了解最新、最实用、最先进的临床检验仪器，为以后参加临床检验工作打下良好基础。
（3）实验成绩的考核。在每次实验结束后，要求学生书写实验报告，教师根据学生实验课表现和实验结果评分，在本课程理论考试中，试卷上也有题目涉及实验教学内容。在“临床检验仪器学”课程的考试成绩中，实验成绩占到20%，从而要使学生重视实验环节，认真参与实验，也使得教师能较为全面地掌握学生的实验课受教情况。
根据以上的设计思路，在实际的实验教学中，笔者设计并实施了以下具体实验内容：
（1）普通光学显微镜/摄影显微镜的使用。光学显微镜是医院检验科最为常用的基础仪器，利用显微镜对标本进行镜检也是检验专业学生必须掌握的内容之一。所以，在第一次实验课上，安排学生熟悉并使用光学显微镜。教师从讲解光学显微镜的具体结构和使用入手，利用临床血液涂片的样本，供学生观察并熟悉显微镜的调节和使用，另外还准备了一些病理学涂片样本，供学生自由选择，使用显微镜进行观察了解，增加学习兴趣。
（2） 可见/紫外分光光度计的使用和调试。第一是对分光光度计光源波长进行校准，利用镨钕滤光片两个吸收峰对应的波长标准值，来校准光源发出的光线波长；第二是给学生准备好几种溶液，比如硝酸钠、重铬酸钾等溶液，让学生利用分光光度计实测这几种溶液的吸光度，计算吸光系数，测算浓度值帮助学生加深对朗伯比尔定律的理解，掌握其具体应用。
（3） 血清蛋白醋酸纤维薄膜电泳。电泳仪的使用及电泳技术是临床检验专业学生必须掌握的技能，本次实验安排学生利用最基本的电泳仪，进行血清蛋白的醋酸纤维薄膜电泳。在实验中要求学生掌握电泳仪的基本使用，掌握血清蛋白醋酸纤维电泳的基本操作技能，并利用分光光度计对电泳试验后的区带条进行初步分析。
（4）自动生化分析仪见习实验。自动生化分析仪是医院检验科重要的仪器之一，为了能够让学生能够紧贴实际、紧贴先进检验仪器，本次生化分析仪实验安排在医院检验科进行，安排学生参观检验科生化室罗氏生化分析仪、强生干式生化分析仪，由医院专门的仪器操作人员对学生进行讲解，使学生能够了解机器性能、熟悉机器操作，并对医院检验科的具体工作形成初步印象。
（5） 血液、尿液自动分析仪见习实验。徐州医学院附属医院（以下简称“我院”）检验科目前配备有多种型号的血液、尿液自动分析仪。为了能让学生在学习中能密切接轨临床工作，接触先进的仪器，本次实验课也安排在我院检验科进行。由专门的仪器操作人员现场演示、现场讲解，并指导学生进行常规的仪器操作。通过本次实验，学生了解了最新、最常用的临床检验仪器，对检验科的常规检验项目有了进一步的了解，并掌握了血液、尿液自动生化分析仪的基本操作。
总之，教师在实验指导教学中，要充分发挥学生的主观能动性，将理论课的教学联系到具体的实践之中，让学生能够接触到检验仪器，不断激发和培养学生的学习兴趣，这样才能更好地完成“临床检验仪器学”的课程教学。
参考文献：
