时间：2022-06-29 13:49:43
1．1确定设计性实验方案建立研究小组，制定课题计划，多方面查阅相关的文献资料和相关理论研究成果，初步了解课题内容。进行实验设计，安排实验方案，落实人员分工。第15周安排课堂讨论，每研究小组派1名学生汇报研究题目和初步实验设想方案，教师引导其他研究组成员对方案的可行性及合理性进行深入的探讨和论证，提出合理的修改意见。小组成员根据意见查阅相关文献资料，修改并完善实验设计，最终明确实验方案。结果发现设计较好的课题不仅能够将药理学、病理生理学、内科学等多门医学学科理论知识联系在一起，有利于学生科研综合素质的培养，同时也为临床相关研究提供一定的实验参考依据。
12依据设计方案进行实验操作在该阶段中，要求学生根据自己设计的实验方案开展具体实验。由实验室提供各研究小组所需的实验动物、器材以及药物等相关物品。要求小组成员分工明确，保证实验能够按照既定方案有条不紊的进行。研究成员需要预测可能发生的各种实验误差，并及时制定预防误差的解决方法。实验过程中，指导教师需在关键步骤上严控把关，以保证实验能够顺利进行和完成。
1．．3设计性实验论文的撰写与答辩实验结束后，学生需及时整理实验资料，统计实验数据，并进行统计学分析，获得符合实际的研究结果并且撰写出论文。该阶段工作主要利用课后时间完成。设计实验论文的撰写需严格参照医学研究性论文的格式来完成。主要包括：题目、摘要与关键词、前言、材料与方法、结果、讨论与结论、参考文献。论文力求简短，要用最少文字，最短篇幅，精确地表述研究成果。同时，文字要流畅，要使用学术或专业用语来规范。教学20周组织学生进行论文答辩，要求学生以PPT为辅助形式进行口头汇报并及时递交纸质材料。指导教师及其他学生进行相关提问。最后，指导教师根据课题设计情况、实施情况、报告者的陈述及对问题的回答情况等做出综合评定。
1．4设计性实验评价教师从设计质量、PPT答辩、论文等多方面综合评定学生成绩。在学期末进行了关于生理实验学设计性实验教学情况的调查问卷，得到了以下资料。
2开展设计性实验的经验总结
教学实践表明，由传统的验证性实验转变为设计性实验可以激发学生的学习热情，充分调动学生的积极性和主动性，更重要的是可以培养学生科学的思维方法和科学的研究方法，提高分析和解决实际问题的科研能力，凸现设计性实验的优越性。这一点可以通过学生调查问卷的信息反馈结果进一步证实。参与调查的学生中，88．69％的学生认为很有必要开展设计性实验，87．68％的学生表示设计性实验教学明显提高了自身学习兴趣程度，91．86％的学生表示非常希望增加设计性实验学时，认为对动手能力的提高以及分析、解决问题能力的提高非常有助的学生分别占83．71％和70．59％。由此可见，学生普遍认可设计性实验，并且有较强的提高自身实验能力和创新能力的愿望。设计性实验的优越性主要体现在以下几个方面。
2．1有利于帮助学生建立综合运用知识解决问题的理念设计性实验设计通常涉及到多门医学学科知识的综合交叉运用，这不仅可以加深学生对相关医学知识的理解和掌握，而且促进学生及早体会医学各学科的密切联系和意识到系统全面学习医学知识的重要性，有利于促进学生的知识建构，也有利于专业综合能力的培养。
2．2培养学生严谨的科学态度和初步的科研能力，有利于学生开展科研活动设计性实验的特点决定了学生必须认真设计每一步，否则一个小小的疏忽就可能导致实验的失败而前功尽弃，因此每个学生都必须精心设计，规范操作。在这个过程中，逐渐培养了学生们的严谨的工作作风，为日后从事科研工作积累了一笔宝贵的财富。通过设计性实验，学生能够基本掌握科学研究思路和研究方法。设计性实验从科研活动的每个环节着手包括如何选题、设计、实施以及论文如何撰写等方面对学生进行了完整有效的科研训练，有利于学生创新能力和科研思维的培养，提高学生整体科研素质，为学生终身学习和可持续发展夯实基础。实践表明，经过培训的学生在申请本校及本省各级各项相关科研项目时，通常具备比较清晰的科研思路，科研申请书质量、获得资助比率以及实施效果远远高于未受培训的学生，进一步证明了开放性设计性实验教学的优越性［4］。
2．3有利于培养学生团队协作能力设计性实验从最初选题、设计实验方案开展研究直至最后撰写递交论文过程中有大量的工作需要进行。如何保证实验能够在规定时间内顺利完成，这就需要每个实验小组成员之间建立起合理的科学合作关系，根据学生的实际情况充分协商后安排相应的职责，分工明确，还需要采取相应措施增强成员的责任心，充分调动每位成员积极性，互补互助以共同发挥最大效率的能力。所以通过设计性实验，能够有效培养学生的团队精神和互相合作的意识，为以后踏入社会和走上工作岗位奠定坚实基础。
2．4教师专业知识和实验技能的提高设计性实验的开设对教师来说无疑是提出了更高的要求和崭新的挑战。如前所述，设计性实验的设计通常涉及到多学科知识的交叉运用以及最新研究成果的整合，要求教师具有坚实可靠的理论基础、熟练的实践操作技巧、丰富的知识贮备以及一定的知识扩展能力。因此，在教学工作中，在注重知识积累的同时仍需不断更新知识结构，更新和充实学科体系，提高自身教学业务水平，及时转变教学模式以及教学理念，以适应探索性实验教学的需要。
3存在问题及应对措施
此前，作者所在院校开设的生理学实验都是以验证性的动物实验为主，设计性实验是一种全新的教学模式，因此在教学实践过程中不可避免的遇到一系列问题，这些问题的探讨与解决对于设计性实验的进一步完善以及推广具有重要的推动意义。实验资源相对短缺一定程度上影响了学生积极性与创造性的激发。由于现有的生理学实验室主要用来开展传统的验证性实验，实验室资源配置方面相对缺乏，主要体现在实验仪器及药品相对单一，实验技术比较简单等方面。这就导致部分学生设计的研究课题无法顺利开展，例如，学生设计的某药物对失血性休克的疗效观察，应以各种微循环指标的变化作为休克依据，但由于缺乏微循环检测设备，所以只能退而求其次，选择血压作为指标来间接反映微循环的改变情况。实验室可利用资源的匮乏可能导致部分学生在设计性实验教学过程中的参与热情不高，最终使得设计性实验教学效果大打折扣，不利于学生创新能力的培养与提高。
1优化验证性实验项目，全面激发学生实验兴趣，渗透实验设计思想
高分子精细化工实验课程相关实验教材极少且不完善，实验时间较长且内容多为验证性实验，学生在实验教学过程中不重视对实验现象及过程的描述和分析，依葫芦画瓢，缺乏实验的目的性和能动性，不利于学生实验设计能力的培养。为此，一方面可从实验选材入手，将一些形象、有趣的与日常生活密切相关的元素融入到实验项目中，紧密联系实际，做到知识性、趣味性与实用性相结合，充分调动学生的积极性，激发学生的学习热情。如在“高分子材料阻燃性的测定”、“高分子材料导电性的测定”等实验中，可由学生自由选择生活中常见的一些材料如塑料瓶、快餐盒、塑料袋等作为样品进行测试，让学生在较高的实验热情和兴趣下轻松地掌握阻燃高分子材料及导电高分子材料的表征方法。另一方面，精心设计实验教学，优化验证性实验，通过提问、讨论等方式，发散学生思维，激发学生实验设计意识和动机。如在讲解“聚芳酰胺的溶液缩聚”实验项目的实验原理时，可从单体二酰氯非常活泼在常温下就能与二胺单体反应，但酰氯遇水很不稳定等这些性质来启发学生对反应条件的思考，从被动的“接受学习”转向“发现学习”、“探究学习”。联系生活实际挖掘实验素材，激发学生学习热情;结合多元化的教学方式，发散学生思维，渗透实验设计思想，是培养学生实验设计能力的一条有效途径。
2开展综合、设计性实验，提高实验设计思维品质
高分子精细化工实验设计能力，主要体现在学生能否正确理解实验原理并在不同情境下灵活迁移，运用高分子化学与高分子物理等专业基础知识和实验技能，设计出实验新方案的能力。综合、设计性实验着眼于学生掌握一定的实验理论原理和操作技能的基础上，学生自己设计完成实验项目。该实验教学模式可充分激发学生形成实验设计的观念和意识，能够有效增强学生对知识的掌握，培养学生较强的实际动手能力、分析解决问题的能力。例如，在讲到高分子精细化工课程中高吸水性树脂章节内容时，可提供不同的实验原料和条件，要求学生通过所学的影响吸水性性能的结构因素知识，设计合成不同的高吸水性树脂。学生通过设计性实验的过程加深了对吸水性树脂的合成方法及影响因素的理解和认识，同时也促进了学生对实验设计的过程的进一步了解。
3开发开放型研究性实验，形成实验设计能力
开放型研究性实验通常是以科研实践为主题，让学生自由支配时间进行新实验的创新设计或是传统实验的更新和改造。教师可结合自己的科研工作，开发开放型研究性实验项目，以课题组为组织形式，让学生查阅资料确定实验方案，自行地进行实验设计。这彻底打破了学生实验“照方抓药”的传统模式，激发了学生的学习兴趣，使学生从被动学习变为主动学习，进一步掌握进行科学研究的方法，充分锻炼学生的创新思维、创造能力和独立科研能力，从而促进学生实验设计能力的自主发展，使教学质量不断提高。例如，聚酰亚胺类材料具有高强、高膜及本质阻燃等特性，是本课程中的一类非常重要的高性能材料，让学生掌握该材料的制备方法是非常有必要的。然而该材料的制备周期长，从聚酰亚胺的预聚体聚酰胺酸的合成、铺膜到膜的热环化需近3天的时间。为此可充分利用实验室资源，开发“聚酰亚胺类高性能材料的制备及性能研究”开放型研究性实验项目，让学生自己查资料确定实验方案和实验计划安排，进行相关实验。这种研究性实验项目不仅能充分锻炼学生自行设计实验的能力，还可激发学生的学习兴趣和热情。
4将现代仿真技术引入实验教学，开拓实验设计思路
一方面高分子精细化工实验中功能高分子的合成实验耗时长，而实验教学课时有限;另一方面由于实验条件以及学生实验能力的限制，对设备及技术要求较高的实验项目无法开展。针对这一现象，可将现代仿真技术引入高分子精细化工实验教学中。学生可以在仿真机上模拟高分子精细化工产品的生产状态，感受实验室操作与工业化大生产的差异，拓宽学生视野，培养和提高其分析问题的能力和创新思维。例如高强高模纤维产品的制备，首先要通过聚合反应合成相应的聚合物，再经过纺丝及一系列的后成型阶段才能制成，整个过程对设备和技术都有很高的要求，实验室很难重现整个加工过程。可用仿真技术展现高强高模纤维的合成及纺丝技术，可使学生亲身感受高分子精细化工实验技术和实用价值，能强烈激发学生的创造动机。
5构建科学的能力评价体系，促进实验设计能力的培养
建立科学完整的实验成绩评价体系，直接影响学生的学业成绩和实验能力的培养和提高，是促进学生实验设计能力的培养的行之有效的手段之一。目前，高分子精细化工实验成绩的考核主要以实验报告为主，这种考核办法重实验报告，轻实验过程、操作技能及创新能力等，缺乏全面、客观的考察。为此，我们建立了一套符合高分子精细化工实验特点的评价体系，采用平时考查和期末考查相结合的方式来综合评定学生的实验成绩和能力。其中平时考查又分为课堂实验和开放型实验两部分，分别占总分的50%和30%。课堂实验的考查主要是通过预习报告(占总成绩的10%)、实验过程(占总成绩的30%)、实验报告(占总成绩的10%)等形式对学生的实验态度、实验观察能力、操作能力、合作能力、分析实验现象和数据处理等能力进行考查。开放性探究实验主要考查学生的分析能力、设计能力、创作能力以及实验效果等。期末成绩占总成绩的20%，主要分为实验操作和笔试两部分。这种考核体系侧重于实验过程和学生综合能力的培养，较为公正、客观地反映了学生的实验能力和成绩，可有效地促进学生实验设计能力的培养。
6结语
关键词：计算机实验室；综合信息管理系统；设计；实现
引言
当前高校在不断推进素质教育的过程中，实验教学处于突出的地位，改革实验教学内容、方法和手段，建立适合素质教育的实验教学与管理模块，是进行实验室建设、提高高校人才培养水平的指导方针之一。而且在实行了完全的学分制管理以后，实验教学工作将改变过去那种实验教学固定时间、固定内容、按班级同时进行教学的方式，学生也可以根据自己所学的课程、兴趣来安排自己的实验，按照自己学习程度选择不同层次的实验，变被动学习为主动学习，让学生有了更多的自。在这种情况下传统的计算机实验室教学管理方式，已经不适应这种灵活性更高的管理要求，必须有一套能满足现代化教学要求的实验室管理系统。
一、高校计算机实验室管理系统的应用范围
计算机实验室的管理与其他实验室有较大的差别，比如设备更新频率较高、设备容易受周围环境影响、人流量较大、用机秩序混乱(学生随意更换机位，或同时打开几台机器)、工作时间较长（通常的开放时间是一周七天、每天十几个小时）、公用软件维护工作量大且重复(学生随意删除系统文件或修改系统参数，病毒对软件的破坏)等等，上述问题一直困扰计算机实验室的工作人员。
目前国内高校计算机实验室管理系统的应用基本体现在以下三个方面：
（1）计算机实验室设备的基本管理，主要包括设备的购入、借出、报废等；
（2）计算机实验室所承受课程的信息管理，主要包括实验室计算机课程的排课、教师及其对应班级的安排、作业的布置与回收等；
（3）课余时间的自由开放管理，主要包括上机卡的发放、计时的基本方式、读卡器的设置、上机情况的登记与统计等。
二、现有高校计算机实验室管理的不足
我国高校的计算机实验室基本上是模仿50年代苏联的模式，按某一门课程来设置实验室，实验教学由院系自行安排，实验室实行以院系管理为主的封闭式管理体制。这种传统的设置与当时的教学管理体制和教学科研发展水平相适应，但随着高校教育体制改革的深入、科研水平的提高、学科之间的相互渗透发展，传统的实验室建设和管理模式的弊端逐渐显露出来：
（1）实验室小而全，多而散，功能单一，无法形成综合优势。
（2）实验室相互独立，管理分散，资源浪费严重。
（3）实验教学依附于理论教学，不利于完成实验教学任务和培养创新人才。
三、现有计算机实验室管理系统的功能模式
目前，大多高校使用的计算机实验室管理系统以学生管理为中心，以处理学生课余上网和教师上实验课的信息为主。大致有以下两种模式：
3.1计算机开放实验室综合管理系统计算机开放实验室综合管理系统主要由两大子系统组成：门禁管理子系统和监控管理子系统。
3.1.1门禁管理子系统由门禁管理和资源管理两个子系统功能组成：①门禁管理系统是用户进出实验室的一道安全屏障。进入的用户要刷卡，并接受一系列的合法性的检查。检查完毕后，如果检查通过，该用户的刷卡信息将会被保存到数据库里；②资源管理系统通过数据库的指示决定是否允许用户启动计算机系统，而且每位用户每次只能使用一台计算机。如果用户检查没有通过，就不允许该用户使用实验室内的任何资源。用户使用完毕后，要进行刷卡注销。用户入门划卡注册到出门划卡注销所用的时间为上机机时。这种管理方式能够有效的对计算机实验室进行管理。
3.1.2监控管理子系统
①实时监控管理的主要功能：能够及时的查询计算机使用的用户，还能够了解到每一位用户的位置，上机时间等；②登录控制管理的主要功能：对实验室内的机器进行登录(加锁)和不登录(放开)的控制；③帐表管理的主要功能：维护用户的账户信息。如：建立、删除、冻结单一用户帐号、成批连号用户账号。对账户中的教学机时、自费机时、打印纸张等各项数据进行增加、删除、修改和查询等维护操作。对用户账号信息及记账日志进行各类查询和统计。账表管理中对教学机时和自费机时的分离，使学生在每学期的教学实习量教学机时)完成后，能自动付费上机(自费机时)，否则被示为非法用户。机房在平时的教学时间内也可自由开放，即教学上机(教学机时)和自由上机(自费机时)可同时进行。这样，既大大提高了机器的利用率，又增加了学生的上机量；④统计管理的主要功能：统计、分析及打印报表。可按系、班级、用户等不同类别对所用的机时(教学机时和自费机时)、打印纸和软件资源情况进行统计、汇总和分析，并为教学研究部门、管理部门提供决策辅助信息；⑤数据维护管理的主要功能：对各类基础信息进行增加、删除、修改和查询等维护工作，保证数据的完整性和一致性。
四、计算机实验室综合信息管理系统设计与实现
由于计算机实验室信息管理系统所面对的需求灵活、繁琐和多变，而且还要考虑到设备及其管理软件的不同情况，因此本系统的架构应该具有极松的耦合性和极强的可扩展性，以便在需要的时候进行扩展、重新组装或者复用。
4.1计算机实验室综合信息管理系统设计本系统主界面设置了四项功能模块，分别是：系统维护、实验课程管理、上机管理、系统管理。系统维护模块主要实现系统设置(权限设置等)、系统初始化、修改口令、信息的定期安全备份等功能。实验课程管理模块实现对实验课教学的科学管理，将已往封闭的、以知识为中心的旧教学方式，转变为开放的、以资源为中心的新方式，主要包括排课系统管理、上机实验管理、实验信息资源管理等功能。上机管理模块主要包括机时分配管理、上机用户的账户管理(用户注册信息、密码设置、挂失注销、报警提示、资金余额等)、用户的上机登录管理，以及对上述信息的统计和查询；系统管理模块主要是对用户进出系统的管理。
4.1.1实验课程管理子系统本子系统中的排课系统模块，由于受到相关制约的条件很多而且随机，所以在设计中很复杂。其主要功能如下：根据来自学院教务处的实验计划和各教学部门的实验班级获取资料，按照课程及实验室设备配置对这些资源过滤分发至各实验室进行排课，然后把实验课程表到WEB上。为了利用计算机实验室的信息技术优势，并适应高校教育信息化改革的需要，设计并开发了实验资源信息模块，主要包含实验大纲、实验要求、实验的环境及条件、实验重点与难点剖析、实验的模拟演示、实验的评价、实验的体会、相关知识、电子教案、实验的成绩等信息，这些信息都来源于各位任课老师和实验教师，他们结合教材、各种相关资料和实践经验，提出了每次实验的重点和难点，帮助学生分析并解决实验中容易出现的问题。实验要求根据学生的不同层次，设置为不同的级别：普通级别、拓展级别。其中普通级别要求达到实验教学大纲的要求，拓展级别是针对那些已较好地掌握了计算机基础知识，有能力进一步深入学习的学生，为他们设计一些设计型、综合型、创新型的实验，让他们达到更高的要求。所有这些信息都是学生关心而平时又不容易了解到的，把这些信息到校园网上，学生可以直接上网检索查询，检索到的资源信息可以直接通过浏览器或下载到本地机上。
4.1.2上机管理子系统该子系统分为机时管理、用户登录管理、统计查询等功能模块。其中，机时管理负责为学生分配空闲机器：一方面按照实验教学计划为上实验课的学生分配机器(遵循上同一实验的学生集中坐在一起的原则)；另一方面为自由上机学生分配零散空闲机器。这几个模块中，用户登录子系统最为复杂，学生进入时使用刷卡的方式进行身份判断，如果属于当时时段的实验课，则为其分配机器，进入“上机实验系统”做实验，否则如果该用户具有合法身份，则为其分配零散空闲机器，同时记录机位、时间等信息并允许其进入自由上机，同时采用计费系统开始自动计费。用户上机完毕必须退出系统，系统将其注销。用户如果卡内资金不足，则提醒其续费并拒绝入内。
4.2计算机实验室综合信息管理系统实现计算机实验室综合信息管理系统的一个重要目的，就是实现数据共享及保持数据的即时性，要求数据变化随时显示在网络上，保证实验室的任何一台管理机终端可随时更新查阅资料，保证在校园网上也能及时查看有关信息。该系统运行在一个局域网中，可以实现对不同实验室的统一管理。系统采用星型拓扑结构，由一台文件服务器、一台WEB服务器、若干个收费工作站(一个机房对应一个，由一台微机和一个条形码阅读器构成的刷卡机组成)、学生上机卡，一台具有网络管理功能的超级工作站、网卡、集线器和网线组成。相应软件采用了一套自主开发的条码卡计费管理系统。:
五、结论
计算机实验室信息管理系统以计算机实验室现有的软硬件资源为基础，实现对高校计算机实验室中设备全面管理和完善，对计算机实验室工作人员管理的规范和有序，达到保障计算机实验室运行的高效和可靠：①让计算机实验室管理自动化，设备自动化管理，即设备的基本信息、使用、维护、购置、报废等方面的自动化管理。②让计算机实验室管理自动化，工作人员的自动化管理，即实验室人员日常工作的全面管理和及时查询。③让计算机实验室管理自动化，系统自身的有效运行，即系统的初始设置、数据的备份与恢复、管理员设置、权限设置、系统日志等方面的自动化管理。
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在线实验模拟了现场实验的场景，但却不是现场实验的简单网络化移植，实验设计本身发生了较大变化。由于在线实验的互联网支持和计算机模拟等特点可以更好地提供一个促进思考和探究的环境，系统能在线记录学生的独立操作，为评价提供科学的依据，并可在此基础上通过数据挖掘和优化，调整实验设计，充分发挥学生的能动性，能适应不同水平和能力学生的要求。基于以上特点，笔者设计了与现场实验存在较大区别的在线实验探究式学习模式。培养学生的工程思维和能力是实验设计的核心问题。由于CDIO模式继承和发展了工程教育改革的理念，系统地提出了具有可操作性的能力培养、全面实施以及检验测评的标准，因此，我们主要基于CDIO的理念来设计在线实验模式和方法，强调工程实践环境中探与究的学习来实现CDIO的全过程，使得学生以更多元的方式进行工程实践训练。CDIO是以构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)、运作(Operate)为四个主线过程，综合地考虑专业基础知识、个人和职业的技能及团队协作与沟通的技能，及在整个企业、社会环境下进行四个主线过程以达到全面提升工程实践能力的培养过程。CDIO模式中的构思和设计环节主要针对学生的工程宏观分析能力，而实现和运作环节主要针对学生的工程微观分析和操作能力。作为一个缩小版的工程实践过程，在线实验的实验方案的设计实际上就是构思和设计过程，而实验过程就是实现和运作过程。因此，探究式学习主要体现在实验方案探究与实验过程的探究两个方面。以下我们将通过远程教育高校开发的典型实验来具体说明其设计理念。
(一)实验方案探究设计
实验方案的探究主要培养学生的工程宏观分析能力。在传统的实验教学模式下，实验按照统一的方案展开，学生没有选择性。这种教学模式适用于理论验证性的实验，但在以培养学生工程能力为主的实验中，就会压制学生的想象力和主动探究的意识。因此，实验方案探究是实验教学策略的最重要部分。实验的主要目的是认识和探索理论规律，掌握工程技能，应该以问题为驱动开展实验方案的探究，学生对于老师提出的问题，以分析问题和解决问题为出发点，经过认真思考和研究，自主制定实验方案，通过搭建实验对象，准备仪器设备、测量各种工况下的数据，整理和判断实验数据和结果的正确性。这就要求实验具有基于工程的实际背景设计，学生才可能在这种开放性的实验环境下，对多种可能的实验方案展开探究。英国开放大学的实验“能量转换(EnergyConversion)”是典型的实验方案探究型实验。实验设计背景是铜的工业化生产，实验问题是如何从铜矿石经过多个环节得到电解铜。教师首先要求学生设计基本方案。学生在实验前1个月必须预习，由4人组成的实验小组需要集体制定实验方案，由于实验问题本身的开放性，实验方案也并不是确定的，指导老师只给出一些建议。从粉碎矿石到解析出铜的多步实验步骤中，有多种途径可以完成实验，学生们集体讨论得到设计方案。在实验过程中，方案根据实际情况还继续修正。完成基本方案设计以后，实验完成过程也是实验方案探究过程。学生在实验室边实验、边观察、边记录、边讨论，每个实验环节都要求去解答或解决一些相关的问题，如粉碎的效率、溶解浓度以及电解效率等，部分环节还要到计算机上进行数学模型的求解。实验过程中进行观察记录和模型预测，最后对实验结果进行验证。实验结束后，学生还必须根据本星期实验情况，做口头报告(Presentation)，教师根据学生预习和作业情况、实验过程的表现以及口头报告，给出实验课程的最终评价。可以看出，整个实验过程就是针对如何从铜矿石得到电解铜的这个具有工程背景的问题，在不断探究的过程中制定和实施实验方案的过程，这对学生工程宏观分析能力的培养大有裨益。
(二)实验过程探究
实验过程探究主要培养学生的工程微观分析与操作能力。传统工科专业的实验操作基本是按部就班地完成，对于故障分析与解决、规范操作等重要技能以及如何培养学生的工程意识、工程能力、创新能力还较少涉及，这显然不能满足工程应用型人才的培养需求。实验过程探究式是在实验过程中，教师给学生一定的引导和提示，让学生自己通过观察、思考、动手实施等途径去独立探索和研究，自行实现实验过程的教学策略。概括起来，在实验过程探究中，学生需要在实验过程中自主发现问题，分析问题，实施和运行，真正实现探与究的学习过程。在工程实际环境中，观察与发现各种现象、分析现象之间的联系。因此在线实验系统会较为真实地模拟这些现象，学生经过现象分析，确定现象发生的内因与外因；结合理论进行讨论，明确调节目标与调节手段，形成解决方案。实验系统设计必须便于讨论和方案设计。华东理工大学DCS实验是较为典型的实验过程探究型实验。实验主要培训学生DCS操作能力和故障处理能力。由于DCS系统本身的大多数操作都是基于计算机的操作，因此网上实验课程的界面仿真DCS系统的计算机控制部分操作的界面(如图1所示)。以下用一个简单的故障处理实验来说明实验过程探究的实验。在实验中，设计了一个常见的故障处理，在图1的界面中，学生观察到粗丙酮塔T-601顶温度仪表TI-6006出发异常过高报警，系统要求学生调节至正常运行温度73.0-80.0℃。在观察到异常过高报警后，学生将按照所学知识和工程常识，作出如下分析：粗丙酮塔顶温度上升可能有4三个工艺方面的原因，分别是加水量过大、回流量过小或再沸器回水量过小，也有可能是仪表自身故障因素。既然存在这三种可能，就必须通过其他观察和分析来确定故障原因，因此学生首先需分别检查相关三个仪表，即加水量仪表FRC-6015，回流量仪表FR-6019，E-601再沸器回水仪表FRC-6014，以确定仪表正常工作。学生观察到回流量仪表FR-6019读数偏小，就可以判断出是因为回流量不足造成塔顶温度升高。在通过观察分析找到故障原因后，学生根据工艺理论，确定解决方案，即增大塔顶回流量，需要调节FR-6019仪表。在工程环境中，不能进行一步到位的调节，以免造成大的扰动，需逐步小范围调整，边调边等。因此学生在实施解决方案，必须仔细阅读操作守则，将温度调节至正常运行温度的整个操作过程必须符合现场操作规范。操作实施时，首先将LRC-6023改为手动控制，每次增加调节阀阀位必须小于2%—这是操作守则要求的，如果学生超出这个阀位标准进行调节，训练中系统将给出警告，在考试中则行为将被记录，作为扣分依据。每次调节后系统会根据数学模型的计算将相应仪表调至相应位置，学生一边观察表显示情况一边调解，直至塔顶温度恢复到73.0-80.0℃，最后将LRC-6023设置为自动控制。可以看出，此实验在整个故障处理过程中，并不像普通课程实验制定严格的步骤，而是让学生根据工程实际情况，通过自主观察分析来制定解决方案，然后根据操作规范来一边观察一边操作运行，整个课程设计与教学过程较好地体现了探究式的教学策略。
二、基于过程考核的在线评价体系
对实验学习成果进行全面评价是在线实验的重要环节，这样才能对学生探究式学习过程进行科学合理的评价。传统现场实验模式中以数据处理和实验报告结果来评价只能作为在线实验中评价模式的参考。对于参加实验的学生，主要应考虑的因素是其在实验的准备情况、在实验过程中探与究的情况，即观察问题和分析问题的准确性，设计方案的优劣，操作实施过程的规范性、和其他同学交流情况，以及对理论知识的掌握能力和应用能力，因此必须据此建立新的实验评价体系，即基于实验过程考核的评价体系。在线实验评价体系主要分为理论掌握情况、实验操作能力、合作交流能力，其中实验操作能力是最为重要的指标。理论掌握情况主要考察预习思考题，实验操作能力包括是否选择了正确的仪器或仪表、设计方案是否适当、操作目标是否达到、操作过程是否规范、数据处理与实验报告是否符合要求等都可以作为实验过程考核的指标。同时，每一门实验课程提供BBS建立单门实验的学习社区，学习者就一些问题难题发帖，由专门的辅导教师回答问题，并确认学习者所发的有效帖数等。其中实验操作规范是较为特殊的指标，在工程实际中，操作规范化及其重要，否则将引来灾难性后果。因此，必须设定一个阀值，学生如果出现较为严重的操作规范问题，不论其他指标分数如何，都将判定为不合格，我们定义为罚指标。本文选取上述7个指标因子构成学生实验教学的基本评价指标体系,并依次设其为A1，A2，…，A7，其中A6为罚指标因子。通过在线实验系统中自动记录实验仪器选取、操作等参数，对学生实验过程进行跟踪。结合在线实验平台的应用，在实践中我们采用了一个有七个参数的指标体系，包括预习思考题分数、实验仪器选取、实验方案正确性，操作规范性、数据处理、实验报告、在学习社区的交流情况。对这七个参数赋予不同的权重就可以得到该学生的最终成绩，下面分项说明一下每个指标的含义。由于每个指标因子只反映了学生实验学习的某个方面的特征，各学校可以根据本校实际情况规定指标因子及其特征值，以及罚指标因子的规定。在指标体系中，各项指标的权重大致说明了其重要性，这七个参数基本上涵盖了学生从准备到完成全过程的表现情况，对每一个指标赋于权值并最终得到终结性评价课程成绩，各项指标的加权和就是实验评价分数。少数指标虽然权重并不高，由于在工程实践中具有重要意义，低于一定分数整个实验过程将评价为不合格。比如在前文提到的DCS实验中，在多次出现不规范操作并且在系统警告后仍然出现2次以上不规范操作，整个实验过程将被判定为不合格。对于通过经验方式得到的实验过程考核评价体系，在经过一定的数据积累以后，可以进行智能化的处理和分析，为学生提供更优化的实验方案。在选取的两个学生中，甲学生虽然分数略高，但操作相关的指标得分都不高，因此在后续实验中，主要给该学生提供注重操作及规范的实验，比如开关机实验和某些故障处理实验。而乙学生操作和动手能力较好，但不注意理论和实验设计，以及数据处理等工作，在后续实验中，应多推送理论学习的模块，提醒学生注意数据处理和实验报告的完成。
三、在线实验系统的设计框架
作为在线实验系统核心部分的探究式学习模式以及相应的在线评价体系设计完成以后，在线实验系统框架基本构筑完毕。在线实验系统应本着简单、适用、高效的原则，实行通用化、标准化、智能化、人性化的设计思想。学生可以通过在线实验平台在教师的指导下进行实验教学的全过程，而在线实验平台则通过记录学生在线上参加的实验过程、实验练习以及培训交流等情况，实现对学生实验情况的全程跟踪管理和对学生实验教学需求的全面掌握。在线实验设计的基本架构如图2所示。可以看出，在框架核心部分的业务层中，支持探究式学习过程是贯穿设计始终的问题，所以应改变原先某些实验只是为验证理论的设计，把发现问题、分析问题、设计解决方案、实施解决方案的探究式思路在实验教学中实现。同时需要学生在各个环节的实验过程进行完整的记录，作为其是否按照教学思想完成实验内容进行考核的依据，同时还可以通过智能化的数据分析和数据挖掘，为学生提供经过优化的个性化实验教学模块。组件层和服务层和平台软硬件设计相关，在其他文章中有详细介绍，本文不再赘述。
四、结论
关键词：单片机；串行通信；总线；计算机；接口
随着自动化技术、计算机技术和网络通信技术的飞速发展和广泛应用，论文工业过程的智能化、自动化监测与控制系统的应用日益广泛．单片机系统由于其抗干扰性能较好被大量应用到工业过程控制的各个领域。因为工业现场环境较恶劣，单片机系统在使用过程中通常会出现一些设计时想不到的新情况、新问题，这就需要进一步修改和完善．因此，有必要设计一套单片机综合实验系统，根据工业现场反馈的各种问题，随时对系统中的功能模块进行实验研究和分析，解决工程实际问题．本文设计的这套单片机综合实验系统具有自动采集多路模拟量、对采集的数据进行处理和显示、根据设定的参数自动调节和控制输出、与计算机进行远距离数据通信等功能．
1系统组成及工作原理
综合实验系统主要由以下几部分组成：89C51单片机及其仿真系统，温度、压力等模拟量传感器及其接口电路，A／D转换模块，数据存储模块，按键控制模块，日历时钟模块，看门狗电路模块，FP—GA模块，液晶显示模块，通信模块及上位计算机，其组成框图如图1所示．系统采用89C51单片机作为主控芯片，A／D转换模块将多路模拟信号转换为数字信号；外部数据存储模块为该系统采集的数据提供存储空间；按键控制模块向CPU传回键值，用来设置和调节系统参数；日历时钟芯片不仅可以给系统提供准确的时间，而且为系统提供掉电保护功能；看门狗电路模块为系统提供了精确复位和低电压监控功能，一旦系统出现故障或程序跑飞，它就可以在超时周期之后使CPU复位，提高系统的整体可靠性和抗干扰能力．FPGA模块是现场可编程逻辑门阵列，通过编程可将它作为多种数字逻辑器件使用；LCD液晶显示模块可以同时显示多行字符及自造图形，主要用来显示采集到的数据、系统时间等；兼容RS485和RS232两种协议的全双工串行通信接口，可以与上位计算机进行远(约1200m)近(约15m)距离的数据通信[1]；上位计算机将接收的数据进行存储、显示、绘制模拟曲线、打印曲线和数据文件，按照用户的具体要求作进一步的数据分析和处理，同时发送控制参数，对被测对象的温度、压力等进行控制和调节．
2系统硬件设计
2．1单片机仿真系统
单片机仿真系统可以模拟CPU在仿真机上运行用户程序(程序和数据存储器借用仿真机的)，也可以连接外部电路来实现动态监测与控制功能．仿真机一般都具有单片机的基本功能部件，如CPU、RAM、用户程序存储区、键盘等；具有单步、设置断点(以便随时观察内部各RAM、特殊功能寄存器的数据变化)、连续运行用户程序的功能[2]．
监控程序放置在仿真机内，要仿真的CPU器件位于仿真机外仿真线的端头，毕业论文更换不同的仿真头和CPU，该机可以仿真8031、89C2051、89C51等类型的单片机，该机的调试软件可以直接编辑汇编源程序．通过仿真机进行编程和调试减少了对芯片的频繁写人、擦除和修改操作，只有当程序调试顺利通过才将程序写入芯片，编程方便且节省时间．
2．2传感器的选择及信号变送电路的设计
传感器作为系统的感知器件，直接影响着系统的精度和稳定性．本实验系统中，温度传感器选用精度高，线性度好，使用方便的LM335传感器；压力传感器选用标准应变式压力传感器，它具有精度高、响应速度快、分辨率高等特点．传感器接El电路的设计采用了模块化设计方法，设计了温度、压力等专门接口电路，直接与上述各种传感器相连．由于从传感器输出的模拟电信号非常微弱，需对这些模拟信号进行放大，同时为了确保信号不失真，选用了线性度好、抗干扰能力强的高精度运放OP07，其特点是输入失调电压较高、温漂较小、开环电压增益较高、共模抑制比较大，它输出的模拟信号经10位A／D转换器TLC1543转换成数字信号后，送人89C51进行处理．
2．3通信模块的设计
计算机(PC)串行通信端口是RS232负逻辑电平，该实验系统上既有RS232接El，又有RS485接口，可以通过RS232总线进行点对点通信，也可以通过RS485总线进行多机通信_3]，RS485总线上最多可挂接32个综合实验系统，总体布局如图2所示．所以实现计算机和该实验系统之间的近距离通信，通过RS232接口即可；若要实现计算机和该实验系统之间的远距离通信，则必须将RS232电平转换为RS485电平后，才可将实验系统挂接在RS485总线上．RS232-RS485电平转换原理如图3所示，通过MAX485的差动输入(A、B)与RS485总线相连进行信号的收／发，由于RS485总线上只能进行半双工通信，所以MAX232和MAX485之间除了接收和发送线外，还有一个信号线来控制MAX485的接收使能(RE)和发送使能(DE)，在PC与RS232相连的这一侧，通过PC的请求发送(RTS)来控制．
2．4串行总线I*2C
I*2C总线是PHILIPS公司开发的一种简单、双向二线制串行总线[4]．它只需两根线(串行时钟线SCL和串行数据线SDA)就能完成挂接在总线上的若干个IC器件与微处理器之问的数据交换．该实验系统采用具有IC总线接口的看门狗芯片CATll61和可编程实时时钟芯片PCF8563，由于单片机89C51自身没有IC总线接口，所以采用软件合成IC总线与它们相接．
IC串行总线与并行总线的最大区别在于：并行总线有地址总线，CPU通过地址总线访问从器件；而IC总线利用数据传送中的前几个字节传送地址信息，所以占用CPU的口线大大减少[5]．随着智能化测控仪器日趋小型化和集成化，IC串行总线正在逐步取代传统的并行总线．．5抗干扰设计
工业监控现场工作环境一般较差，干扰较严重，为了保证系统可靠工作，必须解决抗干扰问题．针对工业监控现场可能产生的干扰、干扰来源、传播途径等，采用了软硬件方法对系统进行抗干扰设计．硬件抗干扰设计主要包括：对电源噪声进行滤波、大功率驱动电路接口进行光电隔离、集成电路芯片的VCC与地之间并连电容、优化电路板的布线、看门狗监控等；软件抗干扰设计主要包括：软件陷阱、软件自恢复、数字滤波、求平均值等．
对于数据输入通道的干扰，采用软硬件结合的方法进行滤波．当存在随机干扰而使被测信号中混入了无用成分时，硕士论文首先经过一个时间连续的RC滤波电路，再经A／D变换成二进制数字量后，进行数字滤波．因为硬件滤波能很好地抑制高频干扰，而对低频干扰的滤波效果却较差；而软件数字滤波算法对低频干扰具有较好的抑制能力．
在控制强电设备的开关量输出通道中，为防止现场强电磁干扰或工频电压通过输出通道反串到监控系统，采用了光电隔离技术．因为光信号的传输不受电场、磁场的干扰，可有效地防止干扰信号因耦合而进入系统，达到电气隔离的效果．
3系统软件设计
系统软件包括单片机软件和PC机软件．单片机软件采用模块化结构，利用MCS一51汇编语言编写．根据要实现的功能，该软件由主程序以及数据采集、A／D转换、数据通信、日历时钟编程、键盘中断调控、液晶显示、D／A转换、数码管显示等程序模块组成．下面以加热炉的炉温控制为例，给出系统程序流程图如图4所示．
PC机软件的主要功能是对单片机系统采集的数据进行存储、处理、动态模拟显示、报表绘制、打印输出等．PC机软件采用VisualBasic6．0编写，医学论文PC机与单片机之间的实时通信程序主要是通过计算机的串行通讯口进行数据的实时采集和双向通信，此外，PC机程序还将单片机采集过来的数据按照用户的具体要求进行动态显示、数据统计、生成报表和数据文件等，并对不同情况下得到的数据进行对比分析，总结出变化规律．
4实验结果与分析
为了测试该系统的实时性，将5台综合实验系统与工业计算机组成分布式多机通信系统，单片机串口工作方式1(传送一帧信息10位)，波特率2400bps，一帧数据采用5个字节(其中数据占2个字节是因为A／D转换结果是10位)的格式，如表1所示．5台实验系统各采集一次数据给PC机传送时，理论上连续发送速率为2400／(10*5*5)===9．6次／s．经过测试发现，计算机在120ms后收到了5台综合实验系统发送的共250位数据，实际发送速率约为8次／s，这是因为有状态转换和等待时间；为了测试系统的可靠性和稳定性，将调试好的程序写入单片机芯片，使系统连续运行，120h后观察系统仍然在按设定的流程工作，没有出现死机现象．该系统经过多次改进和实验验证后，据此设计了工业加热炉炉温控制系统并在工业现场安装使用，结果系统能连续正常工作(工业计算机故障除外)，测量随机误差为±0．01℃，控制结果满
足了实际要求．
5结论
该综合实验系统不仅能为以单片机为核心的系统前期探索研究提供一种方便的实验装置，而且能在远离工业现场的实验室解决工业应用中的实际问题．实验结果表明该系统可以将许多分散的实验项目整合在一起进行研究和分析，节约资源，降低成本；实验数据正确率高，通信实时性强，系统工作可靠；单片机串行网络构成的分布式通讯系统灵活性强，易于扩充，其基本原理适用于工业现场的分布式数据采集、检测及控制系统，具有很大的实用价值．
参考文献：
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本文以广东省科技计划项目课题－磷酸酰肌醇－3激酶（PI3K）对小鼠气道炎症影响的实验研究为案例，介绍公式法、PASS软件Simple法和Stata软件计算法这3种样本含量估算方法的实际应用，并通过实验所得数据验证其检验效能，判断3种方法确定的样本含量是否合理有效，为医学工作者实验设计时估算样本含量提供一定实践经验借鉴。
1材料与方法
1．1材料1．1．1材料Balb／c小鼠：由广州医学院动物中心提供，4～6周龄，雄性，清洁级，体质量20～25g，无卵清蛋白（OVA）饮食。致敏液：由0．08％OVA0．1mL（美国Sigma公司）和等体积液态铝（美国Pierce公司）混合。LY294002（PI3K抑制剂）：美国Sigma公司提供。1．1．2动物分组分组方法：随机数字表法。组别：OVA组、LY294002组和对照组。1．1．3实验方法OVA组：本组小鼠于第0、7、14天腹腔注射致敏液0．2mL，第15天将小鼠置于透明密闭容器中以1％OVA溶液10mL雾化吸入，每次20min，隔日一次，连续5周。LY294002组：同期同时给予注射致敏液和吸入OVA，第13天开始经尾静脉给予LY294002，用量为7．5mg／kg，连续3d每天1次，第15天于吸入OVA前30min给药。对照组：同期同时给予相同体积生理盐水腹腔注射及雾化吸入。观察指标：支气管肺泡灌洗液（BALF）中细胞分类计数、骨髓悬液和肺组织学检查。通过实验检测LY294002对OVA致敏哮喘小鼠肺组织病理、BALF和骨髓中细胞分类的影响，计数细胞总数和嗜酸性粒细胞（Eos）并进行统计学分析［3］。1．1．4实验目的运用公式法、PASS软件Simple法和Stata软件计算法求得本实验的样本含量，并通过实验所得数据验证其检验效能，判断3种方法确定的样本含量的有效性。1．2方法1．2．1公式法介绍n＝［（Zα／2＋Zβ）＊σ／δ］2，n为所需要的样本含量，δ为总体差值，σ为总体标准差，Zα／2为标准正态分布的双侧临界值；Zβ为正态分布的单侧临界值。1．2．2PASS软件介绍PASS是样本含量估计和效能分析中常用的一款优秀的统计分析软件［4］。它界面良好、功能齐全，可以进行描述性统计、相关及回归分析、实验设计、生存及可靠性分析、统计图表绘制等操作，只需要输入相应的参数，即可实现对样本含量或检验效能的预测。常用方法有Com－poundSymmetry法、AR法、Banded法和Simple法。本实验研究选用Simple法。1．2．3Stata软件介绍Stata是一个功能强大的统计分析软件，它可以进行t检验、参数估计、协方差分析、单因素和多因素的方差分析、方差齐性检验、缺项数据的处理、正态性检验等一般分析。它采用具亲和力的窗口接口，操作灵活简便、学习方便，使用者可以通过Stata官方网站学习使用方法。该软件用于样本含量和检验效能估计的主要命令是sampsi（samplesizeandpower），命令格式为：．sampsi＃1＃2［，一般选择项］［重复测量选择项］。＃1表示处理前测量的均数，＃2表示处理后测量的均数。一般选择项包括：检验效能、检验水平、n1与n2样本量的比值、sd1／sd2（sd为标准差）、单侧／双侧检验、单样本（缺省时为两样本比较）。常用方法有change法、post法和ancova法，本试验研究选用ancova法。
2结果
2．1参数设置Ⅰ类错误概率大小α越小，所需要的样本含量越大，通常情况下α取0．05，可取单侧或双侧用统计学检验。选择双侧检验的条件是研究结果高和低于效应指标的界限均有意义，所需样本量就大；选择单侧检验条件是研究结果仅高或低于效应指标的界限有意义，所需样本量就小。Ⅱ类错误概率大小β越小，检验效能1－β越大，所需样本量也越大，一般要求检验效能不低于0．80，一般只取单侧，本实验取β＝0．1。n1与n2样本量的比值常用的为4∶1、2∶1、1∶1，考虑成本最低取1∶1。总体标准差σ或总
体率π，常根据预实验及前人的研究结果或统计理论进行估计，根据何胜东等［5］的研究结果和其他资料，取π＝0．7，σ＝7．87。容许误差δ是指研究者要求的或客观实际存在的样本统计量与总体参数间或样本统计量间的差值，本实验认为Eos百分比降低80％以上为有效，取δ＝0．8σ。2．2计算结果公式计算值为12只，PASS软件Simple法计算值为8只（见图1），Stata软件计算值为10只（由于软件界面图较复杂，本文不截取界面图）。2．3实验结果本实验研究向广州医学院病理教研室咨询了实验材料的费用，根据以往的文献研究经验并考虑统计方便，最终确定样本含量为10只。但考虑样本的非正常失效（如取样失败、死亡等），笔者增加2只作为备份，将样本编号为1～12号。本实验在实验过程中未出现样本的非正常失效，12只小鼠都取到了真实有效的实验数据。实验研究结束后，笔者验证了LY294002组对OVA组的检验效能，样本数为8只取样本编号为1～8号的数据，定为A组；样本数为10只，取样本编号为1～10号的数据，定为B组；样本数为12只，取样本编号为1～12号的数据，定为C组。其计算结果：所有组别1－β＞0．90（数据见表1），说明这3种方法计算的样本数都是合适有效的。
3讨论
医学试验研究设计包含专业设计和统计设计两部分内容，统计设计对于保证研究结果的可靠性、科学性、重现性，具有非常重要的意义［6］。样本含量估计与检验效能估算是统计设计中最重要的环节之一。只有科学地确定样本含量才能确保研究的可靠性和研究结果的可信性。样本含量的估计原则：在保证试验研究结果具有一定可信度（1－α），又具有一定检验效能（1－β）的前提下，估算出能够达到主要研究目标所需要的研究对象最小例数，以便通过样本研究结果来推断总体特征。其中α和β的取值大小是由试验设计人员希望达到的可信性和检验效能而确定。有时试验者会考虑到样本意外丢失（如动物的非正常生病或死亡，人员的失访等），会在估算出的最少样本例数上比例不能太大，增加10％～20％即可，因为盲目追求大样本量可能导致更多混杂因素的产生（如动物个体体质相差太大等），导致更大或更多的偏倚发生。医学工作者习惯用公式计算法、查表法、文献法和专家咨询法等方法估算样本含量，这些方法主观因素对估算结果影响大，而统计软件由于操作简单，考虑的客观因素多，计算结果相对合理。统计软件除了本文介绍的PASS软件和Stata软件外，还有nQueryAdvisor软件、SamplePower软件（SPSS公司研发）、SASA软件和SAS软件等，使用方法都大同小异。本文采取的3种方法计算结果不相同但却都是合理有效的，因为医学试验研究中样本含量不是唯一的，不同的研究方法、研究目的，研究要求和研究资料决定了不同的样本含量，从表1中可看出样本含量也并不是越大越精确。这些样本含量估算方法参考了研究个体的变异度、研究结果的精确度（抽样误差），但未考虑研究成本、可行性与伦理学要求对样本含量的影响。
总之，估算样本含量的方法有许多，统计软件具有更客观、更全面和简单方便的优势，在参数选择正确的情况下其计算结果都是合理有效的，试验研究人员要熟练掌握和运用，并以其计算结果为依据，正确分析试验研究性质，再综合考虑研究成本、可行性与伦理学要求对样本含量的影响，最终确定合适的样本数。
作者:喻宁芳喻宁芬单位:广州市第一人民医院南沙医院检验科
关键词：艺术设计；实验课程；考核；创新
基金项目：甘肃省教育科学“十二五”课题名称:甘肃省非艺术高校艺术设计创新营造实验课程研究（GS[2015]GHB0919）
为了让实验课程教学达到实验的目的，让教师和学生都能认识到实验教学环节对自身发展的重要性，真正提高实验教学的效果和学生实践能力的效果，考核方法的制定直接影响到实验教学课程活动的质量。
一、非艺术设计院校艺术设计实验课程考核的现状
（一）考核方式单一无创新考察
创新意识是设计从业人员的核心素质，是艺术设计专业学生的基本要求。一直以来，非艺术设计学校艺术设计实验课程考核的两种主要方式是作品和实践报告，非艺术类院校实验课程考核体系，依托工科性质的量化标准，这种模式不符合艺术设计实验课程的教学要求，比如实验报告考核方式不符合艺术设计专业的绘画实践和设计实践课程的要求，导致非艺术设计类学校艺术设计专业实验考核不符合专业特色，考核方法不完善，不能科学的制约评价艺术设计类学生的实验情况。很多非艺术设计类学校教学管理部门重视实验课程，值体现在设置中比重相对较大，但在教学管理和考核上却淡化了对艺术设计专业实验教学的考核要求，忽略了艺术设计专业课程实验与工科类实验的区别与特殊性。
（二）实验课程考核的主观性
艺术设计实验类课程在教学过程中很多教师对实验教学方法及过程都主观制定，随意性很大，对实验课程考核只停留在实验报告和平时考勤，对学生实验真正的意义无涉及，缺乏科学性，作品考察只作为辅助参考。造成很多学生对于实验不重视，应付心态较强。艺术设计实验课程不同专业考核要求相同，平时实验考核没有考略艺术设计专业不同方向学生的课程体系和学习内容的差异性，未从专业角度出发有效进行评价，没有达到考核促进培养的目的。
（三）实验课程考核缺乏公平性
非艺术设计院校考核实验课程内容由任课老师自行自定，学生不了解老师的考核标准，出现了老师在考核评分中的随意性和人情分的影响现象，考核评价缺乏公平性，考核标准缺失。使实验课程考核不能反映教学效果，实验没有真正达到实习的目的，无法调动学生的积极性，学生在实验课程中无法完成对自我的认识。
（四）实验课程考核功利化现象严重
大部分学生是迫于毕业压力，要求分数过关就好，对学习态度比较消极，他们对知识学习和能力培养不够重视，学习习惯依然是高中的学习状态。实验专业课程的考核方式如果有设计方案或者制作等，学生能力不行的有找人代做作业的现象。这样的实验考核方式只看结果和学生成绩作为奖学金评定的依据的要求。使学生养成应付的心态，对待实践课程的学习重视不足，无法认清自己要掌握的知识的情况的意义和目的。
二、探索创新的实验教学考核方式
实验课程教学考核是一个多重评价综合性的问题，它既包括学校、实习单位对学生的实验过程和效果的评定也包括学校对指导教师的评定。建立一个系统全面的评价体系可以实现有效的实验教学管理和考核，对实验教变化性学水平和学生实验能力的提高有着很大的促进作用。
（一）建立实验课程教学评价团队
艺术设计是一门教学模式灵活的课程，具有的不同专业方向的应用型学科，因此特定的课程性质决定校内外实验课程环境的多变性的特征，也使得不同专业方向实验课程的目标和要求也在不断的变化中，在考核评价方面，应针对不同专业方向特点，对应性的进行实验教学环节当中的应用性和创新性方面的考核，结合实验课程的目的和意义。邀请一些艺术设计不同专业方向行业领域里的专家，组成评价团队进行课程考核评价，一方面让学校对专业特点有所认识，另一方面让企业了解学生专业情况，给予后续就业打下基础。对教师的实验课程指导效果以及学生的实践情况，给予客观的综合性评价，同时给予教师及时反馈，及时改善实践教学中的问题，提升学生的实际能力。
（二）实验课程教师考核评价体系
对于教师的考核评价，艺术设计专业可以在每门实验课程结束之后，将学生的实验成果进行一次集中性的展示，实验教学评价团队给予指导和评定，改变通过学生实习报告情况和作业完成情况为依据检查评价水平，而不是一个笼统的评价分数或一个简单结论的做法，结合多方意见及时和教师进行交流沟通，帮助教师对实验课程进行完善改进，并鼓励教师进行自我评价，促使每个教师不断总结、提高自己的教学水平和业务能力。同时开展学生对教师进行评教，采取不同的评教方法，结合不同专业不同年级学生的实验教学特点，开展针对性的地实验课程考核的方式，如召开学生座谈会、问卷调查等形式进行，将学生实验课程过程中的作品参加各类各级竞赛，也按获奖等级计算不同的工作量。也可以通过选课的情况体现教师的评价情况，学校一般采用学分制，每门课可有几个老师同时带，选课人数少的，会自动取消教师课程，通过由学生从多角度对任课教师的实验教学水平进行评价。通过形式多样的实验课程评价方式，在很大程度上调动了教师的教学积极性。
（三）建立实验课程学生考核体系
对于学生实验课程的考核评价，可以采用开放式的考核形式，由教师、学生、教学评价团体共同构成评价的主体，重点考察学生的实验过程，学习方式和学习态度，学生的实验过程由学生互评，占分30%；实验态度以及解决问题能力，由教师评占分40%；实验的成果可由相关考核团队进行评价，占分30%；通过这种综合全面的评价方式，更能全面的考核和督促学生实验课程学习的态度，教师通过学生互评可以了解学生对实验教学中真正需要获得什么样的知识，在自己的教学中可以对知识和内容进行调整，在企业团队评价过程中，学生可以了解到企业对人才的要求，学习中可以有目的性，减少盲目性。
（四）注重实验课程过程考核
艺术设计不同专业方向的实验课，其考核方法应具有不同的针对性。例如艺术设计绘画技能、手绘技能的实验课程，主要考核学生的绘画表达技能，该实验课程重点在平时的技能训练过程。实验考核应该采用过程考核的思想方法。从课程前期准备、课程过程的基本技能的掌握和过程中技能掌握过程中对问题解决能力、实验报告和作品等方面来考核绘画、手绘能力作为实验考核的结果。在实验课程过程考核方向我们可以参考美国艺术设计类的学院的考核标准。美国教师采用对学生实验课程学习过程的的理性化评价标准，包括出勤率、平时课堂的实验过程问题解决能力，技能掌握情况，以及最终完成的作品几个方面考核。实验过程解决问题的能力的评价包括参与讨论的表达次数及能力、对实验过程问题解决的思考深度和广度以及和其他同学合作能力、创造能力等。实验课程的授课教师严格执行教学计划，比较重视对学习过程的监督和引导，学生不会出现作业拖拉的现象，最终成绩采用综合评定结果。实验课程过程中的比较和评价通过作业展览形式表现。可以借鉴的是，在我们的实验教学考核中，加强对学生进入实验室实验过程的评价，不再是对学生实验课程结果的评价。实验课程教师可将一门实验课程分若干时段考评。在老师的实验考核也注重过程考核，教师多进入实验室，给予学生更多的指导，这样也能及时了解学生实验过程的表现，客观的做出成绩评定。
（五）建立实验课程整体考核体系
一个完整的评价体系应包含过程评价和结果评价，对于艺术设计专业的实验教学考核体系的侧重对过程评价，不仅评价教师的指导过程，而且也要考核学生的实验过程。建立评价体系的目的并不是为了监督教师和学生，最终目的是为了改善和提高教学质量，促进教师的教学和学生的学实验能力的提高。因此，既要注重结果评价也要注重过程评价，也要有专项评价也要有综合评价，能反映实验教学实际情况，实验教学内容要具有实用性可操作性，其考核标准可以部分量化，对于较难评价的问题，通过学生在实际操作过程中所表现出的学习态度和分析问题、解决问题的能力来进行评价。重点的艺术设计实验课程的过程和结果评价方式细化，其课程评价体系中应包括课程目标的评价、课程实施的评价、课程设计的评价、课程结构的评价、课程设置的评价、学生的发展评价等方面。评价程序一般包括制定评价方案、制定评价指标体系、获取评价信息、信息统计分析、评价结果的处理五个阶段。评价标准和评价方案的制定应该考虑学校的办学层次、艺术设计专业不同方向培养目标的差异，结合学校自身特点，建立符合本校实际的实验评价系统。评价的过程同时要关注教师和学生的个体差异，关注教师和学生的发展，使教师和学生出于一种积极主动的状态，而不是成为被动的接受评价的产品。考核过程中教师、学校要通过应当吸收多元化评价主体们的意见，而不是为了满足单一评价主体的意愿而改变自己的实验教学发展计划。学校可以从自己的实际情况出发，在实验课程评价体系中逐步形成一个完善的办学风格，这才能满足学校长期的可持续发展的要求。非艺术设计类院校艺术设计专业对学生实验能力以及综合能力的要求较高，在学生们的实验课程学习过程中，如何对学生的学习情况进行考核，掌握每位学生的专业水平，艺术设计实验课与其他课程有所不同，不仅对学生实验过程动手能力的要求非常高，而且还要求学生具备沟通能力、表达能力等，因此仅凭一个作品或者一纸试卷，无法了解学生的专业素养，通过建立合理可行的评价体系，组件考核评价团队，对老师和学生进行灵活和符合专业发展要求的考核，针对艺术设计不同专业建立立足本装也发展特色的考核评价细则。及时反馈实验课程中教学的不足，及时帮助学生克服实验课程中能力提升问题，才能不断提升学生们的专业素养，使其能够更适应以后的工作，培养出符合社会需求的创新型人才。
参考文献：
[1]李锦林.艺术设计专业重过程和多元化的考核模式研究[J].包装世界，2014（5）.
关键词：行车空调空气焓值法取样风机空气混合箱流量箱
0前言
在冶金企业的炼钢、焦化、初轧、炼铁等工厂中，通常采用高温行车空调对高温车间行车操纵室进行局部空气调节，以改善操作人员的工作条件，提高劳动效率。高温行车空调的工作环境比较恶劣，具有环境温度高、空气污染较为严重、行车运行时振动大等特点。环境温度可达45℃，甚至达到60℃以上，这些都对空调器的性能和可靠性提出了更高要求。因此，有必要建立高温行车空调专用的热工性能实验室，根据相关标准的要求对其各项性能指标进行严格测试，以达到优化产品质量，提高竞争力的目的[1～3]。
空气焓值法实验装置主要由绝热库房，空气再处理装置，空气取样装置，空气接受混合装置，风量测量装置及电气控制等部分组成。高温行车空调作为特种空调的一种，目前我国尚无专门的测试规范。根据一些生产厂家的技术资料，行车室内的空气干球温度一般取28～30℃。且根据文献[4]，本文采用空气焓值法测定高温行车空调的制冷量，着重探讨空气取样测量装置的设计方法，通过对取样风机、温湿度测量箱、空气接收混合箱和循环风量测量箱的合理设计，达到尽可能高的测试精度。
用空气焓值法测量空调器性能，需要测量空调器室内侧进出口处空气焓值及空调器的循环风量。因为目前无直接测量焓值的设备，只能靠间接测量获得，即需通过测量当地的大气压力、空气干球温度和湿球温度求得。空调器循环风量测试采用差压法，即通过测量空气经过喷嘴的压力降及喷嘴前的空气参数间接计算出空气流量[4，5]。
1空气取样及测量装置设计
1.1总体设计
空气取样及测量装置主要由取样风机、取样笛管及温湿度测量箱组成。利用取样风机及取样笛管引入空调器进出口的典型样本空气，将其送入温湿度测量箱测量。要求如下：
（1）取样风机与取样笛管相互独立，两者间用铝箔软管连接，无需保温；
（2）温湿度测量箱采用有机玻璃胶合而成，主要由风道、水盒（用于测量湿球温度）、补水杯组成。其标准流通截面尺寸为100mm×100mm，长250mm；
（3）取样笛管采用不锈钢管焊接而成，包括汇合管和笛管。每根笛管开有吸风口，两边等量交错开孔。
1.2取样风机的选择
（1）风量计算
取样风机的风量V可按公式（1）计算：
（1）
式中：vt为温湿度测量箱内垂直于温度传感器方向的风速，取5m/s；At为测量箱内流通截面积，取0.01m2。计算结果为0.05m3/s（180m3/h）。
（2）风压计算
空气取样装置的风阻包括取样笛管到风机进口的沿程阻力及局部阻力。可用图1的模型表示。为计算简便，对空气取样系统的各段风管作如下简化：
A．1-2为取样笛管段：1-2的阻力由三部分组成：笛管吸风阻力，笛管合流阻力及汇合管合流阻力；
图1空气取样系统风道压力损失模型?
B．2-3为连接软管段：在此按最不利管路情况模拟：有四个90°的弯头，中心弯曲半径为ф100，同时管长按拉伸计算。2-3的阻力由两部分组成：风管沿程阻力和四个弯头阻力；
C．3-4为温湿度测量箱段：3-4阻力由两部分组成：风管到测量箱的突然扩大与测量箱到风机入口的突然缩小阻力；
D．4-5为风机段：空气从风机出口排出时存在阻力，因风机尚未选定，故暂不做考虑。
根据以上分析，计算结果汇总于表1。风机所需的风压为：
（2）
式中：P为风机所需全压，Pa；v为出风口的风速，m/s；P为总风阻，Pa；ρ为空气密度，取1.2kg/m3。计算结果为P=247Pa。
（3）风机选择
由于整个装置的风阻较大，且希望风机出口具有较大的全压，以减小对被测空调器回风口的影响，同时也使安装方便，根据所需风量180m3/h及风压247Pa（全压），可按相关风机样本的风量和全压参数选择风机型号。取样风机选用意大利NICOTRA公司的离心风机，型号为DD146/190，其主要参数为风量300m3/h，全压410Pa。
2空气混合箱和流量箱的一体化设计
2.1空气混合箱设计
空气混合箱用于接收并精确测量被测空调器室内侧出风温湿度。因为空调器出风温度与环境温度相差较大，为了减少出风温湿度测量装置的漏热量，将温湿度测量装置置于混合箱内。具体要求如下：
表1空气取样系统风阻汇总管段号构件名称重要参数局部阻力系数ξ压力损失P=ξρv2/2
1-2侧孔吸风支面积比：0.106风量比：0.125支风速：4.8m/s支风速：4m/s0.050.69
主0.98.64
总9.33
笛管合流（选取最不利管路a）支通道面积比：0.25风量比：1主风速：1m/s支风速：4m/s11.82113.47
主0.3250.2
总113.67
汇合管合流支汇合管风速：5m/s出口风速：6.4m/s1.319.5
主0.819.66
2-3风管内沿程阻力空气流量：0.05m3/s管径：100mm查得Rm=8.5Pa管长：4m中心弯曲半径等于管直径的90°弯风速：6.4m/s34
四个弯头0.2221.64
3-4突然扩大面积比：0.79计算风速：6.4m/s0.051.23
突然缩小0.143.44
总计222.5
（1）箱体采用δ=100mm双面彩钢聚氨酯保温板，以使漏热量不大于5%；
（2）取样管采用φ100mm不锈钢开孔圆管，开孔率为4%，均匀开孔，引风管为φ400mm不锈钢管；
（3）混合箱进口处静压测量采用壁面测压法。取压板结构尺寸如图2所示，材质为青铜，压力出管尾部有螺纹，用于连接带螺帽的三通接头；
（4）为了提高气流均匀性，需要增加各气流间的相互扰动，故我们考虑在接受室出口前设置混合器，其形式如图3所示。
根据混合箱内的风速小于0.77m/s[4]以及最大接受风量，可计算出箱体空气流动方向的最小截面积。对于制冷量范围为2000～20000kW，风量范围为400～4000m3/h的高温行车空调器[6]，可求得箱体最小截面积为1.44m2，取35%的安全余量，则为0.507m2。最后确定箱体截面尺寸为1300×1500（宽×高）。
2.2流量箱总体设计
流量测量箱主要包括喷嘴、喷嘴前后的整流板及取压板。其用不锈钢板焊接而成，并与混合箱合为一体，这样既节省了材料又增强了系统的紧凑性，其结构如图4所示。喷嘴前后箱壁设有取压板，将四周的取压管汇合后接到压差变送器，以测量喷嘴前后压差P。
图3混合器示意图
在喷嘴后正壁面上开设操作门，用来手动开关喷嘴及检查喷嘴开关状态。具体要求如下：
（1）箱体采用δ=50mm双面不锈钢聚氨酯保温板；
（2）为使喷嘴前后空气充分混合均匀，在喷嘴前后各设置一块整流板，整流板由不锈钢板加工，开孔率为50%左右；
（3）为防止因风机震动影响风量测量，流量箱与调零风机分离放置，两者之间采用铝箔软管连接。
图4空气测量装置总体结构示意图
2.3喷嘴的选择计算
根据高温行车空调器的风量范围、设计要求及相关标准[4～6]，选用长径低比值标准喷嘴4只（0.20<B<0.50，β=d/D，d为喷嘴喉部直径，D为上游管道内径），其中d为ф80的喷嘴1只，ф110的喷嘴3只。喷嘴的结构尺寸见图5，其技术数据如表2所示。喷嘴的选择遵循了使设计风量范围400～4000m3/h处于喷嘴组合中间范围内的原则，各喷嘴风量范围相互之间有一定的迭加，总的风量测试范围为271～4254m3/h。
表2喷嘴的技术数据dmm材料流量范围m3/hD1mmD2mmHmmhmmLmmn
80铸铝L104271-6631962261571314
110515-11972662961871806
图5喷嘴的结构尺寸?
3结论
作为一个完整的空调器热工性能测试系统，每一部分的准确严格设计都十分关键，直接关系到测量结果的准确性和可靠性。本文仅就处于核心地位的空气取样装置、温湿度测量装置及风量测量装置的设计问题进行了讨论。本设计以常规空调测试标准为参考，在设计中充分考虑高温行车空调的工作条件及特点，在系统设计、标准件选择、运行操作等方面均以可靠、方便、降低成本为出发点，在提高特种空调器热工性能测试精度及可靠性方面做了一些有益的尝试。
参考文献
1.李安桂.特种空调机.北京：科学出版社，2001.
2.陆甘华，茅清希，吴利瑞.某大型钢铁企业炼钢车间行车电气室空调系统现状的调查研究.建筑热能通风空调，2002，（6）：12-14.
3.何立江，邬志敏，周大汉.R134a工质用于高温空调器的理论及实验研究.流体机械，2003，31（10）：41-43.
1常见开关特性及应用
开关是指可以使电路断开或闭合、电流截断或流通的电子元件，从理论上讲，开关断开，其电阻呈现无穷大，开关闭合其电阻为零．最简单的开关有两片名叫“触点”的金属，两触点接触时形成电流回路，两触点不接触时无法形成电流回路．由于电路中电流作用，开关闭合或断开时，常出现火花现象，易造成触点表面氧化影响导通能力，常常在开关的触点部位电镀抗氧化金属，如银、金等导电能力极强的贵金属．依据开关触点接触不同方式，将开关分为刀开关和触点开关．实验教学中提供给学生的开关大部分是低压刀开关，因工作电压低，电流小而使金属导电部分外露，方便学生实物观察，加深理解开关动作机理．其他民用或工业用开关多是触点开关，两者的工作机理相同，只是因电压高、电流大在绝缘和安全方面作了保护，金属导电部分用绝缘材料壳包裹，防止触电事故发生．单刀单掷开关只有接通和断开，常常用在电源线的开合上，在生活中时时都能接触，很简单，本文不再细述．单刀双掷开关和双刀双掷开关要比单刀单掷开关控制点多，连接成的控制电路相对复杂，逻辑性更强，在实际电路控制中得到广泛应用．尽管学生实验用的也是单刀双掷、双刀双掷开关，这种开关和市场上常见的还是有区别，主要是实验室的这种开关有断开的位置，市场上绝大部分此类开关没有断开的中间位置，即任何时候同列的三接点中相邻2个接点是联通的．实验室也有将双刀双掷开关的对角接线柱连接，形成能够改变直流电流流向的开关，取名“换向开关”．图示位置灯泡不能得电发光，只要将K1，K2或K3任意一开关拨动1次，就能够形成电流闭合回路，灯泡得电发光，再次拨动其中1个开关，电流阻断，灯泡熄灭．K2是双刀双掷开关，双刀双掷开关的对角接线相连接成为“换向开关”的形式，只要拨动1次，就能够实现电路的闭合或断开，也能够完成灯泡的亮灭控制．这样将K1，K2，K3安装在3个不同的位置，实现对1个灯泡的控制，取名三控开关，如果要实现四控、五控……只需在中间串接多个K2接线形式的双刀双掷开关，当然二控开关只需要2个单刀双掷的开关就可以了．
2工业控制开关
触点开关和接触器是工业控制中常用的开关器件，对接触器和触点开关进行逻辑组合，可以实现工业电气的自动控制．接触器是利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合或断开以实现控制负载的开关电器．接触器有电磁系统（铁芯、电磁线圈）、触头系统（常开触点和长闭触点）和灭弧装置组成．其原理是当接触器的电磁线圈通电时，会产生很强的磁场，使铁芯产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触头动作，实现常闭触点断开和常开触点闭合的联动；当线圈失电时，电磁吸力消失，衔铁在弹簧的拉力作用下释放，使触头复原，回复常闭触点闭合和常开触点断开．实质上接触器是由磁性控制吸合或断开的触点开关．接触器主要用于频繁接通或断开交、直流主电路和大容量的控制电路，能够远距离操作，配合继电器可以实现定时操作，联锁控制、定量控制和欠压保护等等，广泛应用于自动控制电路，其主要控制对象是电动机，也可用于控制其他电力负载，如电热器、照明．继电器是一种电子开关器件，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的“自动开关”．在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用，结构和工作原理与接触器大致相同．主要区别在于：接触器主触点可以通过大电流，而继电器的体积和触点容量小，触点数目多且只能通过小电流，所以继电器一般用于控制电路中，接触器应用于主电路，通断大电流．控制亮灭的开关都是触点开关，同样也是常闭触点和常开触点，控制灯灭用常闭触点，灯亮用常开触点，常闭触点在电路中串联，常开触点在电路中并联，且依靠接触器实现自锁功能．电气元件动作顺序为：A亮（B亮）按键按下→KM线圈得电吸合自锁→灯泡发光；A灭（B灭）按键按下→KM线圈失电解锁→灯泡熄灭．如果要实现多点控制只要在电路中串联对应点的常闭触点开关完成断开控制，并联对应点的常开触点完成闭合控制．
3按键开关的智能控制
在现代电子控制中，见到更多的是按键控制，1个按键能够完成多功能的控制作用．其实这种按键只是1个常开的触点开关，不是开关的智能，因为触点开关只有通断之分，或者说是“0”和“1”的关系，而是完全依靠程序来判定操作顺序，达到智能控制目的．也就是说操作按键实现功能，完全是靠程序员给每次开关动作施以思想，依据程序员的思想开关完成对应功能．在前面介绍的开关中，开关在外力或电磁力的作用下吸合或断开，不计有限时间吸合或断开次数，只表现为电路的通断现象，而智能开关有记录有限时间内的吸合次数．这样在完成1次有效的动作中，必须是在有限时间内动作．键按下时，总是会出现接触不实，时通时断现象，经过某一时间段后才达到稳定的完全闭合状态，在按键断开时也会出现同样的情况．因此，完成1次准确有效的开关动作，必须对按键进行消抖动处理和记录每次按键动作时间长短，以保证有效地记录动作次数。1次完整的击键过程有4个阶段．等待阶段（0状态）：按键尚未按下，按键处于空闲，程序不执行按键程序；闭合抖动阶段（1状态）：此时按键刚刚按下，信号还处于接通与不通的不确定状态，称之为抖动状态，程序在接收按键动作并且判断是否为有效动作，进行消抖延时，剔除信号线上的干扰，确保准确无误的闭合，一般延时时间为4～20ms的时间段；有效闭合阶段（2和3状态）：此时抖动已经结束，1个有效的按键动作已经产生，程序将按键所对应的信息编号记录下来，待按键释放程序执行信息编号赋予按键的思想，或者程序立即执行按键功能；释放抖动阶段和闭合抖动阶段类似，程序应该在这里再做1次消抖，以防误动作；有效释放阶段：如果按键是采用释放后再执行功能，则可以在这个阶段进行相关处理．处理完成后转到等待阶段，如果按键是采用闭合时立即执行功能，则在这个阶段可以直接切换到等待阶段．微电子控制中用的是长开触点按键，根据操作时间长短和击键次数多少，可分为“短击”、“长击”、“双击”和多键“同击”等，不同的操作方式可以实现不同的控制功能．这些按键的操作，在现代家用电器、智能仪器仪表中都能见到，学习如何实现按键的这些功能也是单片机爱好者必须掌握的知识．用KEY1实现短击、长击、双击功能的实验仿真图．第1次长击KEY1键3个发光二极管同时点亮；在长击点亮3个二极管后，如果是短击KEY1键1次，实现蓝、黄、红二极管中的1个发光；如果是双击KEY1键实现3个发光二极管的流动显示．在有二极管发光的任意状态，只要再次长击KEY1键，就会全部熄灭二极管，类似于关机状态．确定长击有效可从读按键子程序中获得，确定单击和双击按键有效必须转入按键处理程序中获得．1次有效击键时间大于设定的长击时间，就确定为长击有效，双击是2次单击的组合，还需要判断是2次有效单击或1次有效双击，也是靠时间来确定的．在相邻2次单击时间段，如果时间间隔小于设定值，就判定为双击，如果相邻时间间隔大于该设定值，判定为单击事件．如果在双击的设定时间内发生了多次有效击键，那么击键次数为奇数时确认为1次有效单击，击键次数为偶数时，确定为1次有效双击。
4结束语
物理实验教学中，大部分实验是通过测量数据来验证一些物理理论，学生们对这样的实验兴趣性不高，相对而言看一些演示实验现象有兴趣，仿佛有点看电影的感觉，教学效果上不明显．多号召鼓励学生制作一些作品，学生对制作作品有浓厚的兴趣，但是作品的选取以简单为佳，目的是培养、激发学生的实验兴趣，复杂了反而会挫伤同学们的实验积极性．有想法参加上述作品制作的同学，全部都能够制作完成前2个电路，可是在制作按键开关的智能控制作品时，同学们表现出的兴趣性很高，制作成功的较少，这是正常现象，教学就是循序渐进的过程，有难度就有进步．
作者：张明长 王安玲 单位：北京印刷学院基础部
1实验环境构建
笔者结合南开大学信息安全专业实验室的软硬件环境和已有的实验方案，设计了僵尸网络分析实验环境，其基础架构如图1所示。在上述硬件环境的基础上，搭建了自动化、系统性的僵尸程序监控分析平台，其结构如图2所示。该分析平台运行在Ubuntu10．04／12．04操作系统下，主要由4个部分组成。（1）僵尸程序执行过程监控平台。该平台负责僵尸程序的运行监控、执行轨迹的捕获、污点传播分析、符号执行及约束求解等实验任务。该监控平台的主要部分是二进制代码分析平台BitBlaze，包括动态分析部分TEMU和静态分析部分VINE。（2）执行轨迹分析工具包。该工具包由Perl语言实现，完成对执行轨迹的分析实验，比如分析僵尸程序代码空间中的代码覆盖情况，分析僵尸程序执行过程中与系统交互情况等。（3）控制命令挖掘工具包。控制命令挖掘工具包也由Perl语言实现，通过和执行轨迹分析工具的结合，利用部分僵尸程序执行逻辑的先验知识，可以进行对僵尸网络未知控制命令进行挖掘，并在此基础上对僵尸网络的命令控制机制进行进一步的分析研究。（4）僵尸程序行为监控工具包。该工具包由文件系统监视软件FileMon和网络分析软件Wireshark等成熟的系统监控软件组成，工作在Windows系统的僵尸主机下，用于对僵尸程序的宏观行为进行跟踪和监控。
2实验步骤
（1）熟悉监控环境和分析平台的使用。熟悉监控环境的使用，并在其中运行僵尸程序，尝试和僵尸网络命令与控制服务器进行连接和通信；熟悉二进制代码分析平台BitBlaze的使用，学习利用其动态分析组件TEMU进行轨迹捕获、二进制代码插装的技术和方法，熟悉利用静态分析组件VINE进行二进制代码的执行轨迹反汇编及符号执行、约束求解等分析方法。（2）僵尸程序执行轨迹捕获。执行轨迹是僵尸程序路径空间中一条路径的执行过程的详细记录。在BitBlaze平台的TEMU中运行僵尸程序，监控其执行过程，并将从命令与控制信道中接收到的网络数据标记为污点，捕获得到僵尸程序的执行轨迹文件。可以分别捕获僵尸程序在与控制命令服务器无网络交互、有网络交互及接收到不同控制命令等情况的几组不同的执行轨迹，以便于进行对比分析，并用BitBlaze平台中的VINE将这些二进制的执行轨迹文件转换成汇编语言格式。（3）僵尸程序执行轨迹文件分析。对捕获到的执行轨迹文件进行处理和简化，然后编写程序对其进行分析：统计分析僵尸程序执行轨迹中的线程个数及线程号、污点传播过程等信息；分析僵尸程序代码空间中的代码覆盖情况，计算代码覆盖率并分析其特点；统计分析系统API调用情况；从执行轨迹文件构造僵尸程序的控制流图。通过分析，对执行轨迹的特点和僵尸程序的执行逻辑有更加清晰的认识。（4）僵尸网络控制命令提取。根据步骤（3）中的分析结果，结合僵尸程序的固有特点，从执行轨迹中定位到僵尸程序中对控制命令进行判断、处理的命令控制逻辑代码段。定位的方法可以结合参考文献［3］中提出的规律，也希望学生探索和发现新的特点和规则。然后，在可控环境中执行僵尸程序，当执行到命令控制逻辑代码段时，利用代码插装等二进制代码动态分析技术［13］提取出僵尸程序可执行的控制命令。（5）僵尸程序行为分析。在可控环境中再次运行僵尸程序，利用FileMon和Wireshark等软件对僵尸程序的行为进行跟踪监控。其一，在没有与命令控制服务器交互时，分析僵尸程序执行后会有怎样的行为表现，例如自删除、修改系统文件、修改注册表选项、试图连接命令与控制服务器等；其二，在和命令与控制服务器进行交互时，利用步骤（4）中提取出的僵尸网络命令，触发僵尸程序运行，再监控其会有怎样的行为，并总结控制命令与僵尸行为的对应关系。通过多次实验和观察，对僵尸程序的行为和特征进行归纳总结。（6）僵尸网络命令与控制机制的进一步思考和探索。思考上述从僵尸程序二进制文件中挖掘未知命令方法的优缺点，并探索新的改进方法。根据提取出的控制命令及其对应的行为，分析僵尸程序和命令与控制服务器通信的方式，从整体上对该僵尸网络的命令与控制机制进行认识和思考。在上述步骤中，步骤（3）“执行轨迹文件分析”和步骤（4）“控制命令的提取”涉及较多的专业知识和二进制代码分析技术，是本实验的难点。
3实例分析
在TEMU中运行Zeus僵尸程序，在和命令与控制服务器进行通信时，动态捕获了Zeus僵尸程序的3条执行轨迹，其中的线程数、汇编指令总数和系统API调用个数见表1．对3个执行轨迹进行分析，了解Zeus僵尸程序的执行逻辑，利用执行轨迹中的代码块覆盖率特征，从中定位到满足参考文献［3］中提出的覆盖率规律的代码块，其所在代码区域就是僵尸程序的命令控制逻辑代码段。根据此方法，可以定位到的代码段地址范围为0x26e877c—0x26e87a2，其中调用了系统比较函数lstrcmpiw来进行比较，它是一个循环结构（见图3）。将Zeus僵尸程序再次放在TEMU中运行。当僵尸程序运行到命令判定循环的入口地址0x26e877c时，开始监控是否调用判定函数lstrcmpiw。如果发生调用，则修改输入命令为随机数据，使程序进入判定循环。在判定过程中，通过获取用来和输入数据比较的参数，动态捕获了Zeus僵尸网络的25个控制命令。提取出控制命令以后，就可以用这些控制命令作为网络输入来触发Zeus僵尸程序，使其表现出相应的行为。掌握了僵尸网络的命令与控制机制以后，也可以尝试伪造Zeus命令与控制服务器并向僵尸主机发送bot＿uninstall等命令来卸载、删除僵尸程序，瓦解僵尸网络。
4结束语
本文根据僵尸网络的特点，结合南开大学信息安全专业实验室的软件和硬件环境，设计了僵尸网络分析的实验教学平台，并提出了实验目的、方法和步骤。利用本实验平台，学生可以进行僵尸程序行为特征分析、僵尸网络命令与控制机制研究的实验。通过实验，学生可以更加深入理解僵尸网络的基本原理和行为特征，掌握僵尸网络分析的相关技术，进而进行僵尸网络分析与防治的新方法、新途径的探索。本实验环境为信息安全专业学生的实践动手能力和创新能力的培养提供了良好的实验条件。
作者：高敏芬蔡亚运单位：南开大学数学科学学院南开大学计算机与控制工程学院
实验的硬件环境为两台计算机：一台作为宿主机，运行各种安全实验的代码；另一台作为调试机，运行被实验的内核。两台机器通过串口进行连接，传送调试指令和调试数据。具体实验时，可使用虚拟机以WRK内核引导系统运行，既可以防止实验对真实的硬件和文件系统产生负面影响，也可以方便地通过一个命名管道连接虚拟机和物理机，将虚拟机作为被调试机、物理机器作为调试机来进行实验。
2实验模块
实验内容的设计是以Hook技术为基础，从影响操作系统安全的外设事件、进程保护、文件管理、网络安全等方面进行设计。Windows操作系统是建立在事件驱动机制之上的，系统各部分之间的沟通也都是通过消息的相互传递而实现。Hook（钩子）技术是Windows系统的一种非常重要的接口，可以截获并处理在其他应用程序之间传递的消息，并由此完成一些普通应用程序难以实现的特殊功能。Hook技术分为应用层Hook技术和内核层Hook技术。该实验采用Hook技术设计了全局键盘监听、进程隐藏与保护、文件监视、网络监听等具体实验内容。
2.1全局键盘监听
本模块的实验目的是让学生理解Windows的消息处理机制——回调函数、Hook技术的原理，并能运用这些原理改变系统消息的控制权，达到维护系统安全的目的。实验内容是通过回调函数定制新的键盘钩子，在主控机上通过windbg把钩子以DLL的形式加入到目标机的所有运行进程中，实现全局键盘监听。钩子函数将获取的键盘信息返回给主控机，在其dbgview上显示键盘的输入信息。
2.2进程隐藏与保护
本模块的实验目的是为了让学生理解系统服务的原理和执行流程，并能利用SSDTHook技术改变系统服务的地址和执行流程，达到改变相关进程的控制权并保护该进程的目的。实验内容分为两部分，首先是通过修改SSDT（即系统服务描述符表）中NtQuerySystem-InformationAPI的地址，将其替换为自定义的服务函数NtQuerySystemInformation（即SSDTHook）地址，实现在被调试机中隐藏指定进程的目的；然后，通过修改SSDT中NtTerminateProcessAPI阻止进程被任务管理器等进程管理工具杀掉，达到保护进程的目的。为了保证系统的稳定性(至少不让其崩溃)，应当在自定义的服务函数中调用系统中原来的服务。
2.3文件监视
本模块的实验目的是为了让学生理解文件监视的原理，运用相关的Hook技术保护指定文件，达到防止病毒木马等恶意修改或删除文件、维护文件系统安全的目的。实验的内容是当删除一个需要受保护文件时，利用SHFileOperationHook替换原来的API函数，禁止删除该文件的操作，并提示该文件受保护。
2.4网络监听
本模块的实验目的是帮助学生理解网络抓包技术的原理，并运用相关的HookWinSocketAPI实现抓包，达到监测网络传输和排除网络故障的目的。实验内容是首先利用Hook技术完成消息的截获，提取出感兴趣的消息；其次，利用API拦截技术拦截相应的网络程序的SOCKET网络函数；第三，利用DLL技术将HookAPI拦截的代码封装，利用EXE程序将DLL映射到进程中。相关网络函数被调用时将触发API函数拦截。最后，从网络函数中提取我们想要得到的数据包。
3实施方法
操作系统安全实验是信息安全专业实践内容的重要部分，由于实验内容需要一定的内核知识基础且具有一定难度，因此将其定位为开放式实验，并安排在操作系统原理和信息系统安全等相关专业课程学习之后实施。借助网络学习平台，将所有实验信息对信息安全专业学生开放；学生按照教师定制的学习路径，自主获取实验的基本信息、网络查询实验资料和相关技术及应用方法、自主完成实验步骤、提交实验结果，并可以在实验过程中改进实验内容。对于实验要求，教师可以在学习路径中分别指定基础性要求和创新性要求，这样既能保障基础安全实践能力的训练内容，又能激发学生的创新能力。
4结语
一、引言
如本校数学与应用数学专业和信息与计算科学专业，该课程实践教学主要是利用计算机对理论知识的模拟和实证。这样的实践教学对理论知识的理解有一定的帮助，但对于实际的运用却缺少训练。基于此，在实践教学过程中，我们设计了一些与专业实践应用相结合的实践教学内容，并在教学中尝试使用，取得了良好的效果。
二、设计思路
1.实验内容与专业特点相结合。作为师范类数学，毕业后主要从事教育教学工作。在教育教学工作中，免不了要对教学质量、教学效果等进行分析，需要用到统计知识。因而在设计实践教学内容时，应根据学生就业后的需求情况，结合教育统计与教学测评等内容，设计专业特点较强的实验题目（内容），如调查当地学生数学能力状况、调查某一教学内容教学效果情况等。通过实际操作，使学生掌握教育统计研究的方法，不仅提高学生的能力，也为今后在教育教学工作中开展科学研究打下基础。2.软件的选用。目前，专业的统计软件有SAS、SPSS、Eviews、R等，这些软件的专业性很强，功能也非常强大。但本人认为作为非专业的一般使用者，选用Excel就可以了，其原因主要有以下几个方面：第一，专业软件对于非专业人员要运用自如有一定难度；第二，专业软件不少需要购买，且价格昂贵，一般人难以承受；第三，Excel软件是一款使用广泛的办公软件，且较易学；最后，Excel软件提供了丰富的函数，可以进行数据处理、统计分析和决策辅助以及制图等功能，完全能够满足基础的统计分析工作。因此，在实践教学中建议选用Excel软件。3.突出实用性，增加综合运用。《概率论与数理统计》课程的实验主要以模拟和实证分析为主，缺乏结合实际、应用性强的实验。在设计实验内容时，应结合实际的应用，设计综合性、操作性较强的实验题目，以项目的形式组织学生分组开展实验实训活动。例如设计题目《中学生数学能力的调查研究》，在此题之下可以分多个小题，如《中学生空间想象能力的调研》、《中学生性别差异对空间想象能力的影响研究》等等，让学生6～8人一组，每组选择一题开展研究。
三、实践实例
在完成理论学习的基础上，利用实践教学环节，结合教育工作的需要，设计综合性的实践教学内容，并通过组织学生分组开展实验，从而加深学生对理论知识的理解，同时提高学生的实际应用能力。下面通过三个案例说明实践教学的设计和开展。实例1：2011年全国五个自治区教育经费投入情况对比分析。实验目的：（1）使学生学会利用相关资源收集、整理数据；（2）利用Excel软件描绘柱形图。实验过程设计：1.数据的收集。根据收集方式的不同，统计数据可分为间接数据和直接数据。实例1中的数据为间接数据，其收集的主要方法有：（1）通过《中国统计年鉴》、《中国统计摘要》及各省、市、地区的统计年鉴等公开出版物收集数据；（2）利用中华人民共和国国家统计局、中国经济信息网等网站查询数据；（3）到各地方统计局查询统计数据。在此实验中要求学生按5人一组，通过中华人民共和国国家统计局网站，查询相关数据（如图1所示），并对数据进行筛选、整理，得到2011年全国五个自治区教育经费投入情况数据。最后利用Excle软件绘制数据表，并录入所需数据，得到2011年全国五个自治区教育经费投入情况数据表（见表1）。由图2可知，2011年全国五个自治区中，广西的教育经费投入最多，投入最少；另外内蒙古、广西、新疆的教育经费相差不大，、宁夏相对较少。实验小结：该实验是统计分析中的一个基础性实验，主要教会学生利用网络、图书、杂志等途径收集数据，并利用Excle软件对数据进行预处理，最后根据绘制统计分析图，得出分析结论。类似的还可练习绘制饼状图、折线图、直方图等图形。另外，根据学生情况还可以适当深入（如三维数据图，多变量数据分析图等），但应保持与专业特点相结合。实例2：对学生考试成绩进行统计分析。实验目的：（1）学会制作统计表格；（2）学会利用Excel软件进行描述性统计；（3）学会使用Excel软件中的相关函数进行统计汇总。实验过程设计：1.制作统计表并录入本班学生某次考试成绩（表格前6行如图3所示）。2.在“工具”菜单中选择“数据分析”子菜单，并在弹出的窗口中选择“描述统计”，点击“确定”后将需要进行描述统计的数据选入“输入区域”，依次选定输出区域以及需要输出的统计值（如汇总统计、平均置信度等），确定之后可生成描述统计表（如表2）。3.利用COUNTIF等函数求出学生各分数段人数、优秀率、及格率等数据（如表3）。实验小结：该实验通过对学生成绩的统计分析，教会学生利用Excel软件中的相关函数和数据分析工具进行统计，对学生今后在事教育工作中进行教学质量分析有一定帮助。在此基础上，还可以进行拓展，如分析多门课程成绩情况；分析各班级间成绩是否存在显著性差异；男、女生学习成绩是否存在显著性差异等问题。实例3：中学生数学能力调查分析。实验目的：（1）使学生学会调查问卷的设计，并了解开展问卷调查的流程；（2）利用Excel软件对问卷数据进行方差分析。实验过程设计：1.设计问卷。中学生数学能力主要包括：数学的运算能力、空间想象能力、逻辑思维能力、实际应用能力等，在设计问卷时，让学生分成4组，每组设计一类能力测试题。学生人数较多时，可分成8组，每两组负责一类试题，各组分别完成设计。各组设计好的试题，由大家讨论，挑选出部分题目，综合成为中学生数学能力测试卷。2.分组调查。学生分组到各中学进行问卷调查。在实施调查前，先根据该校学生名录，采用随机数表法抽取被调查学生名单，然后根据抽样名单完成问卷调查，以保证数据的有效性。最后，根据收回的有效问卷整理出相关数据。3.方差分析。利用Excel软件数据分析中的方差分析模块，对整理好的数据进行方差分析。分析内容可设置为性别对学生各种能力是否存在显著性影响；年龄对学生各种能力是否存在显著性影响；民族对学生各种能力是否存在显著性影响；等等。学生分组选择一个内容进行分析，并完成分析报告。在之后的小组交流中，每组派一名代表阐述本组的分析过程和分析结果，大家再讨论分析是否正确、结果是否合理等。实验小结：该实验综合性加强，在实验过程中涉及到抽样调查、数据预处理、统计分析等内容。该内容以项目进行，大项目中分子项目，由学生分组合作完成，在这样的实验活动中，学生既学到了专业知识，锻炼了专业技能，又培养了团结协作、互相交流的品质。
四、认识与思考
经过几年的教学实践和探索，本人对《概率论与数理统计》实践教学有一些初略的认识，归纳起来主要有以下几个方面。1.实践教学的课时安排。由于概率统计的广泛应用，在《概率论与数理统计》课程中应该安排实践教学环节，特别是应用型本科院校，更应加强学生的实践操作训练。经过几年的教学实践，建议《概率论与数理统计》课程在师范类数学与应用数学专业中总课时设置在80学时左右，实践教学课时占总课时的1/4左右，以保证基本统计方法的学习和实践教学能收到实效。另外，由于实践教学是建立在理论教学的基础之上，学生在掌握理论知识的前提下通过亲身实践，进一步掌握统计方法。因此建议《概率论与数理统计》课程实践教学环节集中在理论教学之后。2.实践教学的内容选择。对于非统计专业学生，在教学中不必过分强调对概率统计理论的理解，重要的是统计方法的应用，因此实践内容要结合他们的专业特点突出应用性，在设计时选择那些在他们今后的工作中能真正有用的教学内容进行实验，让学生通过实验能够掌握基本的操作方法，切实提高他们的实践能力。3.实践教学的组织形式。在《概率论与数理统计》课程实践教学过程中，除了个人完成的基本实训内容外，应适当设计项目形式，有学生分组开展的实践内容。在完成项目的过程中，学生能培养协作、沟通等能力，对学生今后融入社会，顺利开展工作有一定的帮助。
作者:卢钰松韦艳肖单位:河池学院
