实验设计方案篇（1）

开放实验室管理系统设计方案怎么写

在学校实验室的管理中，发现了一些问题，其中如：在统筹安排各班级上实验课的时间需要人工实现，而且经常会出现同时有多个班级要使用实验室的冲突，并且调课后没有及时通知老师和班级同学。为了方便实验室的管理，我们提出利用网络来管理实验室的上机情况。以学校的网络实验室为背景，开发一个开放实验室管理系统设计方案.........

六. 实验室管理信息系统??功能描述：??实验室的使用情况、查看实验信息、增加实验项目、增加实验材料。实验室的管理员通过本系统可以清楚的掌握实验室当时的使用情况；同时管理员还可以通过系统的操作界面清楚地了解其中任何一个实验室的试验信息（例如：实验项目的个数、预约的实验时间、实验项目的名字、所需要的实验器材、实验人数等）；当外界人员需要申请在某一实验室做项目时，管理员可以通过查看实验室的使用情况而合理的给申请者安排做实验的时间；为了方便增加实验项目输入实验信息，在系统中备份一些实验常用的实验器材，但是每个实验对器材的要求是不一样的，在系统中我们可以任意的加进实验所需器材，为了提高管理效率系统将器材分为大型中型和小型三类

学校下周让交一份自己设计的实验方案！基本要求??a、实验题目。（如测量某一物理量）??b、写出实验的理论依据及实验公式的推导过程。??c、根据实验要求合理选择所需仪器。??d、实验步骤、注意事项。??e、对结果进行分析，得出结论。??当然不是自己做的也差不多，推荐些网址也行。

实验目的：验证上端开口盛水容器底部小孔出水速度v与小孔离液面高度h之间的关系??实验器材：底部侧面钻有小孔的大容器、米尺、软木塞、铅直器。??实验步骤：??1．用软木塞封闭小孔；??2．将容器置于一定高度H处，并向其中加深度为h的水，??3．拔开软木塞让水流流动一小段时间后再封闭小孔；??4．测量水流最远着地点距小孔正下方的距离L；??5．多次重复1—4步；??6．整理实验器材。??数据处理：??由平抛运动可求水流在空中流动时间 ，由水平方向可得水流出口速度．

初中物理创新实验设计方案（测量纸片下落的速度）

作者：朱文军文章来源：初中物理点击数：309更新时间：2008-10-10

一、实验名称：测量纸片下落的速度

二、实验设计思路：

实验“测量纸片下落的速度”所提供的实验器材有卷尺、秒表、纸片，但是采用这些实验器材

总是发现纸片在下落的过程中忽左忽右的飘，下落的路线不是直的，容易碰到课桌或其它的物体而改变路线。我就想找一种东西来代替它，起初想用气球，但发现更难控制路线，而且气球太大，放在实验桌上会引起学生的无意注意。后来想这种东西应该还是用纸来做，因为如果采用铁球等密度较大的东西做实验的话，由于下落的时间太短无法测量下落时间，或者是测量出来的时间误差太大。最后和同学们一起讨论想到用小时候玩过的三个纸条组成的“纸锥”来替代原来的纸片。而且下落的时间可以通过秒表测出（由于实验室没有足够多的卷尺，可以利用人的身高这个已知条件，此时下落的时间大约是1．2秒）。

三、实验目的：

学会测量运动物体的速度。

四、实验所涉及的科学道理：

测量纸片（改成“纸锥”）下落的速度这个实验利用的实验原理是速度公式 。把纸片改成“纸锥”，主要考虑它在下落时由于下部的形状不同，空气的流速也不相同，根据“在流体中，流速越大的地方压强越小”（伯努利原理），会产生压力差，导致“纸锥”下落时会顺时针或者逆时针旋转（具体旋转的方向是由安装时的顺序决定的）。

五、实验操作步骤：

（1）实验前要测量出同学的身高，作为“纸锥”下落的高度s，记录在实验表格。

(2）一位同学把30～50厘米长的刻度尺平放在自己的头顶，另一个同学按照这样的高度自由释放“纸锥”，同时开始记时，记下“纸锥”落地时所用的时间t，记录在实验表格。

（3）重复上述步骤两次。

（4）根据速度公式计算出“纸锥”三次下落的速度，并计算出平均值。

六、实验装置或照片：

学生可以自制“纸锥”（剪三个完全相同的左右的纸条，把每个纸条对折一次，然后连环套在一起，如图1所示，把三个“脚”向外抽紧，如图2所示）

七、实验所用器材：

“纸锥”一个，30～50厘米长的刻度尺一把，秒表一只。

八、实验效果以及其他需要说明的问题：

实验效果：2005年12月14日前后在南京树人国际学校初二十二个班级中施教效果很好，

解决了原来所用纸片下落不稳、路线不是直线，路程无法测量的缺点，而且实验器材制作方便、成本低廉、操作简单、学生感兴趣。后来在鼓楼区其他学校初二物理教学中得到进一步的检验，各位同行一致反应较好。具有较大的推广使用价值。

说明：在制作“纸锥”时需要用硬度不要太大、密度较小的纸张，学生课堂练习纸最佳。可以选择高个子同学的身高作为“纸锥”的下落高度，这样可以增加下落时间，减小时间测量上的误差，但是会导致矮个子同学很难判断刻度尺是不是水平的；用矮个子同学身高作为“纸锥”下落的高度，可以最大程度的使刻度尺保持水平，但是会使下落时间变短，这样测量的高度准确了，但是下落时间的测量误差会增大。这样的分析过程可以通过学生的讨论完成。

1 物理实验设计能力内涵的认识

物理实验设计能力是指学生在实施物理实验之前,根据一定的实验目的和要求,运用有关物理知识与实验技能,对实验的仪器、装置、步骤和操作方法等实验因素进行规划的能力。它具有较强的综合性、创造性和灵活性等特点。①实验设计的综合性是因为实验设计本身就是一个综合运用所学物理知识与实验技能,对实验的仪器、装置、步骤和操作方法等进行规划的过程,在这个过程中,学生除了具备一定的物理知识和实验技能外,还需要掌握各种科学方法。如观察、测量、记录、归纳整理资料、分析对比异同、抽象概括结论等。②实验设计的创造性,是指通过实验设计,可以充分发挥学生的聪明才智,让学生运用自己所学知识,创造性地构思、设计解决问题的途径和方法。③实验设计的灵活性是指学生在进行实验设计时要具有应变能力,思维要灵活,对于要解决的问题,根据不同的实验条件,可以设计不同的方案

1.某物理小组到外旅游,看到河边有一种漂亮的石子，他们非常想知道它的密度，但手边只有弹簧测力计。请你帮他们设计一个实施方案粗略测出石子的密度（写清实验步骤，并用测量量表示出密度值）

步骤一：用质量、体积均可忽略的细绳捆住石子，用测力计测重力，记录示数F1 步骤二：用测力计钩着将石子浸没在河水中但不碰到底，记录测力计示数F2

ρ=F1*ρ水/(F1-F2)

2.小明手里有一块非常漂亮的橡皮泥，手中还有一个量筒和一盆水，请你设计一个实验帮他测出橡皮泥的密度（①.步骤 ②.表达式）

步骤一：向量筒中注入适量水，记录示数V1，放入橡皮泥块，使其被水浸没但水不溢出，记录水面上升后示数V2

步骤二：将橡皮泥取出，重新读取液面下降后的读数V3

步骤三：将橡皮泥弄干，捏成小船形，轻轻放入量筒内水中使其漂浮，且水无溢出，记录示数V4

ρ=(V4-V3)ρ水/(V2-V1)

3.小明做实验时不小心将两杯液体（清水和盐水）弄混，他只用一支铅笔和一段细铁丝便轻松进行了分辨（写出步骤及表达式）

步骤一：将细铁丝缠绕在铅笔杆一端，使其能够在水中直立漂浮

步骤二：将铅笔细铁丝一端分别放入两杯液体中，在笔杆上标记液面高度

由于漂浮，受力平衡ρ液gSl=mg

标记距绕细铁丝一端较长的是清水，较短的是盐水

4.小兰想测出自家牛奶的密度，但她只能找到一支粗细均匀的细木棒和一段细线、水、一个螺母及一把毫米刻度尺，如何测出它的密度（①.步骤 ②.表达式）{若将毫米刻度尺换成量筒如何？}

使用量筒：

步骤一：将螺母套紧固定在木棒一端，使其在液体中能直立

步骤二：向量筒中倒入适量牛奶，记录体积V1

步骤三：将木棒放入牛奶中，使其能够漂浮且不触到量筒底部，记录液面上升后体积V2 步骤四：将牛奶倒出，洗净量筒，再倒入适量水，记录体积V3

步骤五：将木棒放入水中，使其能够漂浮且不触到量筒底部，记录液面上升后体积V4 ρ奶=(V2-V1)ρ水/(V4-V3)

使用刻度尺：用细线捆住木棒一端，依次慢慢放入牛奶和水中，直至木棒恰好要歪倒，标记该时刻液面在木棒上的刻度，用刻度尺测量浸入端到标记刻度的距离，分别为h1、h2 ρ奶=ρ水h2/h1

5.小明妈妈买来一条质量2Kg的鱼，可小明想知道鱼是否足秤，可手边只有一把量程5N的测力计，还有一根轻质均匀细直尺和细线。（请谁基础实验帮他解决难题 ①.步骤 ②.表达式） 步骤一：用细线做三个环，其中一个固定在直尺0刻度处，一个固定在直尺L刻度处（L不大于为1/5量程），另一个不固定（可在L刻度以上移动）

步骤二：将鱼挂在0刻度处的线环，测力计钩子钩住可移动线环，用一手提起L刻度处的线环并用另一手拉弹簧测力计，使得支持能够平衡

步骤三：改变可移动线环的位置以及拉测力计的拉力，记录若干组测力计示数Fi与可移动线环所在刻度Li(i=1,2...)

由力矩平衡：mg*L=Fi*(Li-L)

代入数据，求m的平均值,即为鱼的质量，与2kg比较即可

6.小红手中有两块外形、体积相同的小金属块，请你设计实验比较两金属块密度大小，器材自选（①.步骤 ②.表达式）

器材：天平

实验设计方案篇（2）

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）44-0227-02

一、前言

社交网络、视频监控、智慧地球等应用的逐步普及，预示着真正进入一个大数据的时代，而云计算无疑是解决大数据的好方式。云计算提供可用、便捷、按需的网络访问，是传统分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化等计算机和网络技术发展融合的产物。

为了适应发展各大高校计算机专业也逐步开设了云计算的课程，但其教学的方式大多还处于基础的理论探讨和现有国外成熟系统的比较分析，使学生很难对云计算有一个直观、透彻的认识。急需要一个云计算的实验教学平台，从理论教学向实践教学转变，才能使学生拨开云计算的“神秘面纱”，走进内部剖析的关键技术。

二、选用遥感云GIS平台作为云计算的实验教学平台的优势

1.遥感云GIS是利用计算机技术对地球表面空间相关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示的技术。其天然的海量数据的管理、计算，是云计算的良好的应用背景。

2.经过几十年的发展，已经有较为成功的遥感云计算平台，如google earth为代表的平台，将全球海量的遥感影像数据放在一个平台上，通过一个轻量级的客户端访问所有数据，能让学生更容易理解。

针对以上情况，本文设计一种开放性的云计算实验教学方案，采用以学生开发为主、教师启发指导为辅的实验教学模式，拓展学生的理论和实践能力。

三、遥感云计算平台系统架构

遥感云计算平台为了应对遥感海量数据存储和高吞吐量的计算的需求，采用“存储―计算”一体化的集群架构，整个集群采用星形拓扑结构，主服务器连接多个节点服务器。主服务器响应外部请求，管理元信息;节点服务器，存储数据和计算工具，避免计算过程中的大量数据迁移、方便性能和存储的扩展。

从逻辑结构上，采用自底向上、层层虚拟化的方式，分别构架资源引擎、数据引擎、计算引擎，最上层采用服务总线统一协调引擎工作并对外提供集群服务。

资源引擎：负责底层所有硬件资源的管理和通讯技术，提供集群文件并行读写的技术支持，使得硬件环境向上透明，上层引擎模块只需要关心逻辑节点，而不再关心硬件服务器。

数据引擎：管理集群内部的所有的遥感、GIS数据的元数据信息，并提供集群数据存储、读取、查询的各种接口，负责数据的迁移、备份、导入、导出等功能。

计算引擎：管理所有的计算工具，进行分布式计算任务的分配、管理等功能。

服务总线：响应来自外部的服务请求，将请求分解到资源、数据和计算，并协调运算，最后响应请求。

在这样的服务体系结构下提供多种遥感云GIS数据服务接口，同时提供二维、三维客户端、智能终端等多种类型的基础功能的客户端。行业应用的开发，只需要根据实际的业务需求在基本客户端的基础上调用数据服务接口进行二次开发，从而大大降低了实验过程中用于基础平台和客户端开发所用的时间。

四、遥感云GIS实验教学方案设计

遥感云GIS实验教学内容主要突出对云计算知识的综合运用能力的培养，通过基于该模拟的云计算平台的实验了解云计算的应用模式，并逐步掌握云计算的内部技术架构。实验包括自主服务搭建、平台服务接口二次开发、计算工具研发等三个方面的内容，从难度上具有一定的层次性，适合不同程度的学生实验。

（一）自主搭建服务

可在虚拟机环境下安装服务器程序，如图2从下到上逐层实现虚拟化，底层服务器节点是单个服务器主要用于存储数据及计算工具之上运行节点守护进程;往上通过四大引擎（资源、数据、计算、可视化）对底层节点实现虚拟化;最上层由主服务和可视化服务对四大引擎实现二次虚拟化，实现对外服务的统一接口;各种客户端通过主服务提供的http接口实现和服务端程序的交互。

学生通过自己动手安装全套遥感服务程序，了解轻量级遥感云服务工作模式，对云计算入门非常有帮助。

（二）平台服务二次开发

该平台的主要功能在于通过网络服务的方式提供基于遥感GIS的二次开发接口，在具体的应用中利用这些接口快速实现遥感服务应用，同时平台提供多种类型的客户端基础模型。

为学生设计多种遥感应用的案例，通过该云服务平台快速完成行业应用的解决方案。

1.林业应用。要求实现对林地区域的管理，以遥感影像作为底图，用矢量数据绘制出林木种类、林区所属等信息，并且在这个基础上实现林区属性数据的查询等功能。利用平台的开放遥感GIS服务接口能够较快速的实现遥感影像及矢量数据的叠加显示，并进行简单的矢量交互查询操作。

2.土地执法应用。通过对某一个区域的不同时间的影像对比，系统自动对变化区域进行提醒报警，方便执法人员主动到现场进行执法调查。该应用利用了调用平台的影像对比工具对指定的影像进行匹配比较，这就是应用了平台的计算服务接口。

3.数字校园应用。主要功能是展示校园的三维场景，在实验中学生自行用3dmax等工具设计学校的建筑物，并导入平台，设定模型的具置。利用平台提供的三维客户端展现在影像地图上的三维场景。该部分的实验主要通过云平台的应用，进一步了解云服务的应用模式，并且在实验开展过程中设计出更多的应用案例，此实验适合具有一定开发能力的学生。

（三）计算工具研发

平台本身除了提供丰富的遥感GIS计算工具之外，也对外开放工具开发接口。设计实验让学生在符合平台工具开发标准的基础上开发自己的处理工具，设计个性化、专业化的数据处理工具，这要求学生具有一定的专业知识，并具有较高的开发能力，对研究生的科研具有帮助。

五、结语

本文提出一种开放性的基于GIS的云计算实验教学方案，涵盖了集群硬件、网络分布计算、遥感GIS大数据存储等关键技术，是对云计算实验教学的一种探索与尝试。通过该实验方案能让学生直接感受到云计算的实际应用，同时激发学生对云计算的学习兴趣。

在近两年的教学过程中，学生基于该实验方案进行设计开发，师生普遍反映对学生云计算的入门和提高有很大的帮助。

参考文献：

[1]任伏虎，王晋年.遥感云服务平台技术研究与实验[J].遥感学报，2012，16（6）.

[2]刘展鑫.基于云计算的GIS架构模式研究[J].黑龙江科技信息，2012，（11）.

[3]范协裕，任应超，杨崇俊，等.基于集群技术的可伸缩云GIS服务平台研究[J].计算机应用研究，2012，29（10）.

实验设计方案篇（3）

中图分类号：G433 文献标识码：A 文章编号文章编号：16727800（2014）001018902

基金项目基金项目：湖南省计算机应用技术“十二五”重点建设学科项目（081203）；邵阳学院教学改革研究项目（2012JG25）

作者简介作者简介：刘远军（1979-），男，硕士，邵阳学院信息工程系讲师，研究方向为计算机基础教学、数据挖掘、人工智能、图像处理。

0 引言

随着科技的不断进步，计算机基础教学已不再局限于围绕Windows操作系统及几种常见办公软件而进行，更需要对程序设计能力进行培养。目前计算机程序设计语言教学主要涉及C语言、Visual Basic、Visual FoxPro等，其中C语言作为C++、C#、Java等功能强大的主流语言的前身，尤其适合用来作为对计算机编程要求较高的一些专业计算机程序设计启蒙语言。C语言是一种高度过程化的语言，语法灵活，逻辑性非常强。对于C语言的学习，必须依赖大量的上机实践来巩固理论教学内容，强化对编程思维的理解，掌握C语言的精髓。所以，在C语言程序设计教学中，实验的设置显得尤为重要，实验方案设置是否合理直接影响到学生对C语言的理解和掌握。

1 计算思维

计算思维是目前的一个研究热点，自2006年被提出以来，国内外许多著名的计算机科学家和计算机教育家都不遗余力地对它的内涵和外延进行了卓有成效的研究和应用，“计算思维”一经问世，就散发着超强的魔力，引领着计算机科学界尤其是计算机教育界的发展方向。

1.1 计算思维内涵

2006年3月，美国卡内基·梅隆大学计算机科学系主任周以真教授[1，2]首次在权威杂志Communications of the ACM上提出了“计算思维”（Computational Thinking）概念：计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解的思维活动。按照周以真教授的解释，计算思维建立在计算过程的基础上，但是又超越了计算机本身。计算思维现今已不仅仅运用在计算机学科上，也广泛应用在其它自然学科甚至是人文学科中，它是一种思维方式，是一种解决问题的思考过程，从现实角度来说，计算思维就是将问题引入、归纳、求解、引申的过程，也就是将未知问题归纳成若干已知问题从而求解的过程。计算思维不是一个单独的、与其它思维方法毫无关联的孤立方法。计算思维产生于计算机科学，而与计算机科学联系最紧密的思维方法是数学思维、逻辑思维和工程思维。可以将计算思维看作是计算机科学与数学思维、逻辑思维和工程思维的交集，而它们也代表了计算思维的不同层次要求[3]。在计算机课程教学中引入和培养学生的计算思维，进而让计算思维影响学生的一生，帮助学生以计算思维的方式来分析、解决各类科学及社会问题。

1.2 计算思维在C语言实验中的体现

C语言作为一种结构化的程序设计语言，它的学习过程必然是理论与实践相结合，在实验中逐渐进步的过程。同任何计算机编程语言一样，C语言编程能力的提高必须依靠一个又一个上机实验，在不断的“思考—编程—调试—运行—反思”过程中逐步提高。同Visual Basic、Visual FoxPro等面向对象的计算机编程语言不同，C语言是高度过程化的，结构非常严谨，并不像其它语言那样松散和随意，这就需要格外注意其语法和语义的准确性和完整性，而编程者的这些良好习惯和注意度都需要在大量的上机实践中培养。

C语言是一种过程化的语言，它是以时间轴驱动的，用C编写的程序执行过程，类似于我们处理日常问题的一般过程：先做什么，再做什么；如果发生了什么，就做什么；必须要做了什么，才能再去做什么，等等。从宏观上看，C语言采用的是自顶向下、逐步求精、模块化的设计思路，而计算思维就是将问题引入、归纳、分解、进而求解的过程。可以在C语言实验中引入计算思维的思想，帮助我们对实验进行分析和总体设计；反过来，也可以在C语言实验中培养学生的计算思维。

2 引入计算思维的C语言综合实验设计

2.1 问题描述

设计一个万年历，要求实现以下功能：①能显示某一具体日期的星期数；②能显示任一日期所在月的月历；③具备翻页功能，能利用键盘上的左右方向键进行月份的切换，上下方向键进行年度的切换[4]。

说明：以1582年10月15日（星期五）为起始日期（历史上多次修改历法，其中最后一次修改是1582年10月15日，在此之前的星期数是不准确的）。

2.2 问题分析与分解

计算思维的方法就是分解、归纳、化未知为已知的过程。首先对问题进行分解，要完成这个实验，需要解决3个问题：

（1） 确定某一输入日期的星期数。按问题描述，输入任一日期后，首先要求出它的星期数。问题描述中已经给出了初始日期1582年10月15日为星期五，那么只要先求出输入日期与1582年10月15日之间相差的天数day，就可用公式（day%7+5）%7求出该日期的星期数。

在求解这个问题时，又需要考虑一个子问题：怎样解决闰年的问题。闰年的2月有29天，其规则是年份数字能够整除4但不能整除100，或者能够整除400。因此，可以用#define Year（x） （x%4==0&&x%100！=0||x%400==0）？1：0这条参数宏来表示是否闰年。

（2） 如何显示该日期所在月的月历。根据第一个问题的结果，已经知道该日期的星期数，接下来的事情是只要在该日期的基础上向前递减、向后递推就能知道该月每一天的星期数，这个问题又可分成两个子问题：①确定月历的样式、设计格式；②分析并确定该月份中每一个日期在月历中的位置。在求解这个子问题时，需要考虑星期的排列以及日期的换行问题，可以用循环语句加以控制。

（3） 翻页功能设计。根据上两步的结果，接下来增加翻页功能，这里需要从4个方面进行设计：①向左按钮：如果当前月份为2～12月，则年份不变，月份-1；如果当前月份为1月，则年份-1，月份改为12月；②向右按钮：如果当前月份为1～11月，则年份不变，月份+1；如果当前月份为12月，则年份+1，月份改为1月；③向上按钮：月份不变，年份-1；④向下按钮：月份不变，年份+1。

从以上分析可以得出该实验的问题分解情况，如图1

所示。

图1 问题分解

2.3 问题归纳与引导

根据以上分析，将问题分解成若干子问题，每个子问题再进一步细化，最后分解成已知问题，例如闰年的求法、输出格式的设置、月份的加减等问题。计算思维的魅力正在于此。通过对问题的分解、归纳，最终变换成已知问题。在这一实验过程中，为了达到培养学生计算思维的目的，需要特别注意问题的归纳与引导，计算思维强调的是从未知到已知的求解过程，是一种自然归纳、推导、总结的过程，教师在实验指导过程中，不能直接给出答案和源程序代码，而要根据结构化程序设计自顶向下、逐步求精的思想，并以“问题归纳—分解—求解—引申”的模式逐渐引导学生一步一步走向解决问题的彼岸。

3 结语

C程序设计语言的教学离不开上机实践，上机实践过程中实验方案的好坏和教师的实验指导直接决定着学生的学习效果，如要在有效的上机实验课时内达到最好的学习效果，就必须让学生尽早掌握计算思维的能力。计算思维自2006年被提出并被明确定义以来，逐渐成为计算机科学领域和计算机教育界最先进、最流行的思想之一。在C语言程序设计实验方案设计中，时刻注意学生计算思维能力的培养，有着非常重要的积极作用。这种能力的掌握，不仅对学生本身编程能力和计算机能力的提高大有裨益，而且对学生今后更全面、更有效、更科学地处理各类问题也具有帮助作用。

参考文献参考文献：

[1] WING J putational thinking[J].Communications of the ACM， 2006，49（3）： 3335.

实验设计方案篇（4）

课本“化学实验方案设计”要求学生学会“制备实验方案设计”、“性质实验方案设计”和 “物质检验实验方案设计”。对“物质检验实验方案设计”，除要求结合“性质实验方案设计”定性检验某种物质的存在，还要求学会定量测定某种物质的含量。对制备实验方案的设计，还要求从反应物的用量和生产物的产率等实验结果进行定量分析。所以, 设计定量分析类型的探究实验试题，让同学们进行简单的定量分析实验方案的设计，探讨解决实验方案实施过程中遇到的若干问题，是达到《普通高中化学课程标准》提出的培养学生科学素养的有效途径。

［问题］

某纯碱样品中只含有NaHCO3杂质，兴趣小组为了测定该样品中Na2CO3的纯度，设计了以下几种实验方案：

方案Ⅰ．取一定质量样品配成溶液，滴加2滴酚酞，用cmol/LHCl溶液滴定至无色，用去HCl溶液的体积为V1mL；再滴加2滴甲基橙，继续用cmol/LHCl溶液滴定至橙色，又用去HCl溶液的体积为V2mL。用c、V1、V2计算出Na2CO3的纯度。

方案Ⅱ．称取m1g样品溶于水，滴加过量BaCl2溶液，将所得BaCO3沉淀经洗涤、干燥后称得其质量为m2g，用m1、m2计算出Na2CO3的纯度。

方案Ⅲ ．称取mg样品与足量稀H2SO4反应，用排饱和碳酸氢钠溶液的方法测得生成CO2的体积为VL（已折算成标准状况），用m、V计算出Na2CO3的纯度。

方案Ⅳ．称取m1g样品与足量稀H2SO4溶液反应，将生成的气体用碱石灰吸收，称量，测得生成CO2的质量为m2g，用m1、m2计算出Na2CO3的纯度。

回答下列问题：

（1）方案Ⅰ中依次发生反应的离子方程式是

____________、____________。

（2）方案Ⅱ中，怎样检验加入的BaCl2溶液是否过量，请简述操作方法____________。

（3）方案Ⅲ和Ⅳ中都有CO2生成，不需要干燥就可测定CO2体积或质量的是方案_____（填序号）；若生成的CO2部分残留在反应容器中，会使实验结果产生误差的是方案____（填序号），此误差会使测得的Na2CO3的纯度_____（填“偏大”或“偏小” ）。

（4）不用任何化学试剂（除样品外），请你再设计一个实验方案，测定该纯碱样品中Na2CO3的纯度：___________________________________。

［问题解析］

Na2CO3中混有NaHCO3、Na2CO3 中混有NaOH、Na2CO3中混有NaCl、Na2SO3中混有Na2SO4、Na2O中混有Na2O2……，测定这些混合物中某种成分的质量分数，是定量测定实验方案设计的常见问题。解决这类问题，有若干种丰富多彩的实验方案，其基本原理都是：通过一定的化学反应过程，测出反应前后可确定的两种准确数值，列式求解。

对实验方案设计的基本要求是：①弄清反应原理，选择合适的化学反应；②保证反应完全，产物的量能够准确测定；③排除干扰，减小误差，测定值必须精确；④操作简便，实际可行。

本题的设计，选择了几种具有代表性的实验方案，通过分析、比较，解决定量测定实验中若干问题，体现了以上基本原理和基本要求。

对于问题（1），必须明确Na2CO3和NaHCO3混合物中滴加盐酸，反应是分步进行的。酚酞的变色范围是pH8~10，可指示Na2CO3与盐酸反应生成NaHCO3的终点；甲基橙的变色范围是pH3.1~4.4，可指示NaHCO3与盐酸反应生成CO2的终点；所以，方案Ⅰ中依次发生反应的离子方程式为：CO +H+

HCO，HCO +H+ H2O+CO2

对于问题（2），检验实验Ⅱ中所加BaCl2溶液是否过量，通常的方法是静置，取上层清液少量，检验其中是否含有Cl-或Ba2+，但对于定量测定，此种方法就会因溶液的取出，导致实验结果发生偏差。所以，正确的操作方法是：静置，向上层清液中再滴加BaCl2溶液，若无白色沉淀，证明BaCl2已过量，若有白色沉淀，证明BaCl2未过量。

对于问题（3），因实验Ⅲ是通过排“水”法测定CO2的体积的，所以CO2无需干燥。又因为生成的CO2替换了原有的空气，因此残留的CO2不影响CO2体积的测定。实验Ⅳ是通过碱石灰的增重来测定CO2的质量的，而H2O蒸汽也能被碱石灰吸收，因此CO2必须经过干燥后再通人碱石灰。若反应后反应容器中仍残留CO2，测得的CO2质量将偏小，而对于等质量的Na2CO3和 NaHCO3与盐酸完全反应，Na2CO3生成的CO2的质量较小，因此，测得的CO2质量偏小将导致计算出的Na2CO3的质量分数偏大。

对于问题（4），若不限制“不用任何化学试剂”这个条件，仍可设计出几种实验方案，开放性加大。限制此条件可降低难度，且培养“收敛思维”，同学们不难想到此方案是：称取m1g样品放在坩埚里充分灼烧，冷却后再称量残留固体的质量为m2g, 用m1、m2计算出Na2CO3的纯度。

［问题拓展］

某实验小组的同学为探究过氧化钠与二氧化硫的反应, 向盛有一定量Na2O2粉末并连有尾气吸收装置的玻璃管中，缓缓通入足量的SO2气体， 使Na2O2充分反应。

回答下列问题：

（1）若要验证该产物中是否存在亚硫酸钠，你设计的实验方案是：___________。

（2）若要进一步验证该产物中是否存在硫酸钠，请你简述检验该物质的操作方法：_________。

（3）若实验前测得Na2O2的质量为m1g，实验后冷却至室温，测得固体的质量为m2g，请你从定量测定的角度分析，当两种产物都有，m2的取值范围是（用m1来表示）___________。该试样中亚硫酸钠的质量分数的计算式为（用m1、m2来表示）_________________________________。

(4）若称取mg上述反应后的固体，请你测定该试样中亚硫酸钠的质量分数。请简述一种实验方法__________________________________________。

［本题的实验原理与“问题”相同，但采用了实验基本操作与实验方案设计相结合、“定性”与“定量”相结合、“选择性”与“开放性”相结合的命题方法，可进一步考查学生的动手能力、探究能力、数据处理能力和创新思维能力。］

［拓展题解答］

（1）取少量反应后的固体溶于水，加入足量的盐酸，再滴入品红溶液，若红色褪去，加热后又变红色，则证明生成了Na2SO3。

（2）取少量反应后的固体溶于水，加入盐酸至溶液呈强酸性，再滴入BaCl2溶液，若产生白色沉淀，则证明生成了Na2SO4，若不产生白色沉淀，则证明未生成Na2SO4。

（3) m1

（4）将m1g样品溶于水, 滴加足量BaCl2溶液至沉淀完全, 过滤、洗涤、干燥、 称重得固体m2g, 用m1和m2计算亚硫酸钠的质量分数。

将m1g样品溶于水, 加入过量盐酸，再滴加足量BaCl2溶液至沉淀完全, 过滤、洗涤、干燥、 称重得固体m2g, 用m1和m2计算亚硫酸钠的质量分数。

将m1g样品溶于水, 加入过量的盐酸, 充分反应后蒸干溶液, 冷却后称量固体的质量为m2g, 用m1和m2计算亚硫酸钠的质量分数。

向m1g样品中加入足量盐酸或硫酸, 测量出所生成的SO2体积VmL，由V换算出Na2SO3的质量, 进而计算亚硫酸钠的质量分数。

向m1g样品中加入足量盐酸或硫酸, 用NaOH溶液或碱石灰吸收生成的SO2并称出其质量为m2g, 用m1和m2计算亚硫酸钠的质量分数。

［使用记录］

本人曾以《定量测定实验方案设计》作为江苏省第六期重点课题《高中化学教学中学生思维梯度搭建的桥梁方法研究》的子课题，用于我校2005届高三（1）班研究性学习的教学，取得了良好的效果。本人撰写的论文《“化学实验方案设计”探究性教学案例一则》于2005年5月发表在《中学化学教学参考》杂志上。

本试题已用于南京市07年2月高三期末测试卷，未发表。

［教育价值］

“化学实验方案设计”这一教学内容, 是培养学生探究能力、创新能力的宝贵资源, 充分利用和挖掘这一资源, 设计新颖有效的试题，对实施优质探究性教学过程, 提高学生综合素质和科学素养效果显著。 本试题中实验探究的命题虽小，但内涵十分丰富，从一种方案跨越到另一种方案，从若干主干问题中又产生出若干子问题，诸如怎样检验所加物质是否过量，又不影响结果测定？如何检验固体已洗涤干净？怎样测量能溶于水的气体的体积？怎样排除干扰，测准产生气体的质量？使CO 沉淀，为什么选用BaCl2比选用CaCl2更好？怎样处理实验数据，计算实验结果？等等。经纬交织，层层递进，通过逐一发现问题，解决问题的过程，提高了学生探究能力和创新能力。

参考文献：

实验设计方案篇（5）

【中图分类号】G633.8 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）31-0178-01

化学是初三新开设的一门学科，书本中有许多实验，学生都比较感兴趣，在人教版的初中化学书上，实验贯穿了整个知识体系，化学实验题是组成中考化学试卷必不可少的重要一部分，2016年南通市中考化学试卷中探究实验题占了26.7%，可见其地位的重要性。探究实验题有如下特点：素材比较丰富，不局限书本知识，涉及面广；试题具有开放性，标准不同，答案不同，合理即可；思维具有发散性，根据材料，拓展迁移，发散思维。所以，我们好多学生最怕解答实验探究题，感觉题目文字多，内容难，参不透题意，往往一知半解，然后匆匆下笔，结果失分多多。实际上，该类题型一般来说是在学生已有知识和经验的基础上设计的，只要我们有扎实的基础知识，能对书本知识作一个拓展延伸，掌握科学探究的一般思路，这类题型就会迎刃而解。

一、实验方案设计的一般思路

明确实验目的――根据反应原理选择药品、仪器――设计实验操作步骤――观察、记录、分析实验现象与数据――实验结论――反思评价改进。

二、实验方案评价的主要原则

1.科学性：实验的探究方法及原理一定是合理的、科学的。

2.安全性：实验过程中一定要保证安全，避免接触有毒、有害物质。

3.环保性：必须经过处理，有毒的物质变成无害物质才排放。

4.简单性：实验过程一定要简单、好操作，而且实验的效果要明显，一目了然。

5.经济性：原料用料少，而且要廉价经济上合理。

三、实验探究题的主要题型

1.制备型实验方案的设计与评价

例1.随着科技的发展，潜水艇的作用越来越重要，为了保证能够长时间的潜航，在潜水艇里需要有供给人们呼吸的氧气的装置，下面有以下几种制取氧气的方法：①用高锰酸钾分解产生氧气；②分离液态空气；③用双氧水常温分解制氧气；④在常温下用过氧化钠固体与二氧化碳反应生成氧气和碳酸钠。（1）写出涉及到的所有反应的化学方程式：_______（2）你认为在四个方法中哪个最合适（填序号）_______；与其它三种方法比较，这种方法的两条优点是_______。

分析第四个发现，用过氧化钠制氧气反应也不需加热，也安全，特别是反应物中有二氧化碳，而潜水艇是一个密闭的空间，此方法的妙处在于还能实现在这样一个密闭空间内的二氧化碳与氧气的循环，综上所述，最恰当的方法是第四种。

总结：解答制备型实验探究题时，首先应明确实验的目的――知道实验原理（会写化学反应的方程式）――选择最佳实验的方法（从探究实验的原则入手）――准备实验原料――设计实验步骤――确定实验方案――制得所需的物质。

2.性质型实验方案的设计与评价

例1.现有A、B、C、D、E五种物质，A是人类在生活年产量最高的一种金属单质，A是一种银白色的金属；B是气体，能帮助可燃物燃烧，A在B中剧烈燃烧，火星四射，生成一种黑色固体C；D的浓溶液有强烈的腐蚀性，A与D的稀溶液反应得到的产物中有氢气，D与E能发生酸碱中和反应，反应后溶液中含钾离子和硫酸根离子两种离子。

请你从所给的信息中可作出的猜想或结论是_______。 先找关键词，结合我们已有的知识和经验。题眼就是问题的解决的入手处，但找到题眼，并不等于问题已全部解决，它仅仅给问题的解决提供了方向，要解决全部的问题，还必须根据题眼所提供的方向，结合题意和一些化学原理，进行推理、联想或假设，从而实现各个击破，顺利解题。所以我们还必须进行信息的筛选。

总结：对于性质型的探究实验，结合已有的知识和实践经验――挖掘出题目信息――猜测该物质可能的性质――设计具体的实验来探究验证――选择合适的试剂――选择恰当的实验仪器、连成装置――通过实验得出结论。

3.综合型实验方案的设计与评价

综合型实验探究对学生的要求最高，学生要熟悉所有的知识点，能将所学的知识贯穿起来，灵活运用。同时还要求学生有拓展性的思维，分散性的思维，能根据题目提供的未学过的知识，解答一些题目。

实验设计方案篇（6）

一、实验设计必需遵循科学性

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

二、实验设计必需注意可行性

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

三、实验设计的安全性

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

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

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

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

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

实验设计方案篇（7）

A．能够独立提出问题，且问题具有进行科学探究的价值;B．能在老师同学协助下提出适合进行科学探究的问题;C．能够提出问题，但问题没有太大科学探究的价值。

②问题猜想与探究结果的符合程度

A．完全符合;B．不完全符合;C．不是很符合。

③实验过程

A．实验方案新颖，能正确使用实验仪器，能如实记录数据，能进行科学的分析与处理;B．能够制定实验方案，实验操作基本正确，数据记录基本符合要求，能够分析处理数据;C．实验方案不成熟，实验操作不熟练，实验数据记录与处理粗心大意。④科学探究方法A．完全掌握;B．基本掌握;C．没有掌握。【评价标准】将四项的分加起来，A为5分，B为3分，C为2分。总分＞15分，为优;11分≤总分≤15分，为良;8分≤总分＜11分，为差。

(2)小组评价

①参与热情

A．积极配合分工，认真完成任务，善于提出自己的观点与建议;B．服从工作分配，完成任务，能够发表自己的观点;C．在组员的提醒督促下基本完成任务，但不肯参加小组讨论。

②学习态度

A．善于动脑，提出问题并努力寻求解决;B．能在组员提示下或借助辅导书解决问题;C．不善于动脑，遇到问题总想依赖别人。

③合作意识

A．协调分工，坚持原则，尊重他人，善于与组员交流;B．能接受他人提出的合作要求，并完成自己的任务，不善于交流;C．只是完成分配的任务，不愿多做，也不愿和小组交流。【评价标准】将三项的分加起来，A为8分，B为6分，C为4分。总分＞20分，为优;14分≤总分≤20分，为良;12分≤总分＜14分，为差。

(3)教师评价

①提出问题

A．能认真思考，能提出适合探究的问题;B．能在老师的启发下提出问题;C．提出的问题不具有科学探究价值。

②猜想与假设

A．能对问题的解决方式与实验结果提出合理的假设;B．对问题的解决方式提出假设，但不能合理预测实验结果;C．对问题解决方式的假设与实验结果的预测不合理。

③制定计划与设计实验

A．能制定合理的探究计划，设计的探究方案新颖，能有目的地选择探究活动所需的器材;B．能在老师或组员的帮助下制定探究计划，设计探究过程，选择探究活动所需要的器材;C．照搬别人的探究计划与探究过程，不能合理选择探究活动所需要的器材。

④进行实验与收集证据

A．能按器材说明书进行操作，多次反复测量如实地记录实验数据;B．实验操作基本正确，数据记录基本符合要求，但实验做得不够精确;C．实验操作不熟练，记录数据不够完整，有时会编造数据。

⑤分析与论证

A．能对实验数据进行科学的分析处理，能够正确解释与描述探究的结果;B．能够分析处理数据得出结论，能基本解释和描述实验结果;C．误差较大，实验的结果有些牵强，不能正确解释与描述实验结果。

⑥评估

A．注意探究活动中未解决的矛盾，发现新问题，不断改进探究方案，能写出详细的探究报告;B．能发现一些新问题，但不能及时改进方案，探究报告不够详细;C．很少发现新问题，探究方案改进不足，探究报告写得太过简单。

⑦交流与合作

A．在小组合作探究时能准确表达自己的观点，尊重他人的意见，发挥团队精神;B．基本上能表达自己的观点，能接受他人的合作要求，能听取他人的意见;C．不愿和他人合作与交流，固执己见。【评价标准】将七项的分加起来，A为8分，B为6分，C为4分。总分＞48分，为优;40分≤总分≤48分，为良;28分≤总分＜40分，为差。

实验设计方案篇（8）

中图分类号：G434 文献标识码：B 文章编号：1673—8454（2012）17—0020—03

《国家中长期教育改革与发展规划纲要（2010—2020年）》提出“加快教育信息化进程”的要求，并制定了“到2020年基本实现教育现代化，基本形成学习型社会，进入人力资源强国行列”的战略目标。[1]为了更好地利用现代信息技术手段，加强优质教育资源开发和普及共享，进一步提高高等教育质量，服务学习型社会建设，教育部启动了国家精品开放课程建设工作（教高[2011]8号），并纳入“十二五”期间实施的“高等学校本科教学质量与教学改革工程”。国家精品开放课程包括精品视频公开课与精品资源共享课，是以普及共享优质课程资源为目的、体现现代教育思想和教育教学规律、展示教师先进教学理念和方法、服务学习者自主学习、通过网络传播的开放课程。[2]

针对视频公开课建设项目，教育部还特别制定了视频公开课拍摄制作技术标准（教高司函[2011]105号文件），包括录制场地、录制方式及设备等前期录制要求，视频信号源、音频信号源的数据采集技术指标，后期制作、网络传输基本技术规范等。[3]根据要求，在视频制作过程中，要求视频制作者应根据课程内容，尽量采用多机位拍摄，机位设置应满足完整记录课堂全部教学活动的要求。摄像机要求不低于专业级数字设备，推荐使用高清数字设备，录音设备采用若干个专业级话筒，以保证教师和学生发言的录音质量。

一、现有录播手段存在的问题

目前，我校采用奥维亚（AVA）科技公司开发的PROPRE 9移动式录播系统进行视频课程的录制与网络直播，其结构如图1所示，包括系统前端、管理端和播放端，主要由录播主机、音视频信号采集系统（包括教师摄像机、学生摄像机、VGA信号采集）、管理电脑、远程客户端（视频直播/点播）等几部分组成，具有同步录制、实时直播、在线点播、远程导播和后期编辑等功能。

学校现有的录播系统主要用于精品课程录像、视频会议、网络培训、专家讲座等视频的录制与网络直播，并在全校范围内推广应用，拍摄的视频资源经后期处理后上传至学校专用的资源服务器，并提供师生在线点播观看。现有录播系统基本能够满足教学需要，但与精品视频公开课技术标准尚有一定差距，无法满足视频上网的更高层次要求。

与教育部视频公开课所要求的技术标准相比较，如表1所示，现有录播系统在录制场地、视频录制模式、音视频采集方式等方面存在以下不足：

1.录制场地不固定，难以保证设备安装的安全和信号的稳定

拍摄场地不固定，容易造成设备不必要的意外损伤，不能很好地保护录播主机。如地面视频线、音频线、网线布局错综复杂，容易造成线缆移动接触不良；接口频繁拆装造成接触不良，频繁地移动容易降低设备的使用寿命。

2.现有的拍摄场地不能充分保证视频的质量

普通的教室采光和隔音效果较差，录制的视频画面质量不高。

3.现有的单机位—手动导播模式无法满足现场的交流和互动

在教学过程中，教师需要写板书、操作电脑、与学生交流等，视频拍摄时则通过控制摄像头的移动控制画面，但是频繁地移动画面，容易使观看者产生视觉疲劳，影响视频美观。此外，操作人员在进行手动导播时，由于单机位操作，使得工作强度加大，容易手忙脚乱，出现切换不及时、视频定位不准确、教师走出摄像范围等情况。

4.现有的设备不能满足高质量的视频录制需求

视频拍摄的质量不单单取决于操作人员水平的高低，更受到硬件设备的影响，高质量的拍摄设备在画面清晰度、移动定位的平顺性、光线变化反应速度、对焦速度等方面都有很大的优势，这些正是我校现有设备所不足的。

5.现有的设备难以满足高质量的音频录制需求

优质的录音对于视频来说是不可缺少的，我校现有的录音设备只能满足普通音频录制需求，存在音域不广、降噪不强、音质还原不够等问题。

6.现有设备无法满足未来的视频文件存储需求

根据我校网络课程建设目标规定，通过5年左右时间的建设，使大部分本科主干课程建有网络课程。我校现有网络课程200余门，按现有网络课程视频录制安排和现有设备拍摄的画面质量来计算，共需要约1500G的磁盘空间。随着网络课程数量的增加，按照教育部要求采用高清技术标准拍摄，磁盘空间需求必定翻倍甚至更多，将使得原本紧张的服务器资源更加匮乏。

随着学校教育信息化的不断推进，优秀的教学视频上网已提到议事日程，参照教育部视频公开课技术标准建设专用录播实验室已迫在眉睫。

二、智能型录播实验室建设方案设计

1.录播实验室的场地与环境要求

依据教育部精品视频公开课拍摄技术标准，录播实验室场地、环境参数按照以下标准设计：

（1）面积约为50平方米的专用录播教室，6平米左右导播室，预留双层玻璃视察窗。

实验设计方案篇（9）

实验室钥匙控制柜是基于嵌入式STM32硬件而设计的，主要包括STM32F103ZET6中央控制器模块，TCP/IP网络通信模块，指纹采集模块，电磁锁驱动模块。

1.2嵌入式处理器

STM32嵌入式处理器是ST公司基于ARMCrotex-M3内核的STM32F103ZET6STM32嵌入式处理，该处理器运行最快速度能够达到72MHz。内部集成了512K的闪存程序存储器，以及高达64K字节的SRAM，支持睡眠、停机和待机模式。根据STM32数据手册，该处理器在IO方面多大112个快速IO，所有IO都支持中断处理，同时还配有13个通信接口，内部集成了5个USART接口、3个SPI接口、2个I2C接口、1个SDIO接口，FSMC和USB接口。这些丰富的外设资源使得这款芯片非常适合与本系统的开发，同时又提供了非常方便的后续升级和维护。

1.3指纹验证

模块验证正确的时候，钥匙柜自动打开电磁锁，教师便从柜子里面拿取实验室钥匙柜的钥匙。管理员也可以通过指纹验证进入系统，对钥匙柜进行系统设置。本系统采用的FM-180指纹采集块，FM-180属于高亮背景光学头指纹识别设备，采用光学指纹传感器，由高性能DSP处理器和FLASH等芯片构成，具有指纹图像处理、模板提取、模板匹配、指纹搜索和模板存储等项功能。指纹采集块和STM32是通过USART1来通信的，双方的通信按照通信协议进行数据传输。STM32的指令、模块的应答以及数据交换都是按照规定格式的数据包来进行的。主机必须按照通信协议要发送的指令或数据，也必须按协议解析收到的数据包。

1.4网络模块

本系统的TCP/IP网络模块，主要是向管理服务器上传数据和报表。将数据正确发送到以太网、将以太网上的数据正确接收到是本网络模块的关键。要在以太网上正确传输数据，使用网络协议是必不可少的，而TCP/IP协议是首选。使用完整的TCP/IP协议当然能够实现上述要求，但由于本系统使用了嵌入式硬件和软件系统，其资源有限，因此必须对协议进行精简。所以，本系统要针对STM32嵌入式硬件进行TCP/IP协议的嵌入以及设计应用层的协议。目前基于STM32嵌入式控制器的以太网设计都是嵌入是UIP协议。UIP是一个可实现的TCP/IP协议组件的一个非常重要的部分，UIP的实现目标是保持代码大小和存储器的使用量最小。UIP代码的大小和RAM的需求比其他一般的TCP/IP栈要小很多。所以本系统中使用UIP协议栈。

1.5GUI模块

本系统中钥匙柜终端的操作界面都是基于触摸屏来实现的，包括状态的显示，信息的输入，系统设置输入等都是通过触摸屏交互。钥匙柜端使用的触摸屏分辨是240*320，显示效果细腻、清晰。该TFT屏的控制是通过STM32的FSMC接口，再配合嵌入式图形软件uC/GUI，实现了简易明了的终端控制界面。

1.6电磁锁驱动模块

本系统选用的电磁锁为瞬间通电，耗电省，结构简单，安装方便，使用成本低等优点。电磁锁工作参数是：工作电压12V，允许电流600mA，通电工作时间小于1S，允许通电最大时间10S，插销长度为10mm。综合以上电磁锁工作条件，本系统中STM32的GPIO口输出电流有限，因此需要加一级电流增强，所以利用GPIO控制小功率晶体管来驱动电磁锁，实现电磁锁的开关。GPIO通过限流电阻接到NPN晶体管的基极，晶体管的集电极接电磁锁，使用12V电源。当GPIO输出高电平时晶体管导通，电磁锁有电流流过，驱动插销工作，实现开关功能。

1.7摄像头模块

本系统采用OV7670摄像头模块。OV7670是OV公司生产的一颗1/6寸的CMOSVGA图像传感器。该传感器体积小、工作电压低，提供单片VGA摄像头和影像处理器的所有功能。通过SCCB总线控制，可以输出整帧、子采样、取窗口等方式的各种分辨率8位影像数据。该产品VGA图像最高达到30帧/秒。用户可以完全控制图像质量、数据格式和传输方式。该图像传感器应用独有的传感器技术，通过减少或消除光学或电子缺陷如固定图案噪声、托尾、浮散等，提高图像质量，得到清晰的稳定的彩色图像。

1.8数据报表

实验室管理软件在每一个时间段内都必须生成相应的数据报表，以记录实验室使用的具体情况。数据报表保存在服务器的硬盘空间内，以便随时可以查看。

实验设计方案篇（10）

上世纪50年代经济学家张伯伦在课堂上进行供给和需求的试验标志着实验经济学的诞生，1962年费农•史密斯的经典论文《竞争市场行为的实验研究》确立了经济学实验方法在主流经济学中的地位，为此后实验经济学的发展奠定了基础。实验经济学是研究如何在可控制的实验环境下对某一经济现象，通过控制实验条件、观察实验者行为和分析实验结果，是检验、比较和完善经济理论或提供决策依据的一门学科。

实验经济学的发展现状

当今，实验经济学已经逐渐科学化和规范化，成为经济研究的一种成熟工具，并且取得了丰富的成果。成功的经济学实验需要具备很多条件，而其中最重要的就是科学合理的实验设计。目前，我国开展经济学实验的尝试还不是很多，如何把经济学实验科学方法与我国的具体实验环境相结合，探讨适合我国实验条件的经济学实验的一般设计步骤以及需要注意的问题，已经成为实验经济学领域迫切需要研究的课题。本文把这个课题作为研究目标，力争在前人研究的基础上有所突破和创新。

为便于表述，本文需定义如下术语：被试，指实验经济学中所进行的实验的实验对象；主试，指实验经济学中实验的主持者。

史密斯倡导实验经济学应该建立一个与主流经济学研究相衔接的体系，并将该体系总结为：环境、制度和行为。环境，即促使当事人行动或交易的初始禀赋、偏好及行动成本。制度，即对市场交流(买方出价、卖方出价)进行的定义，明确信息交流规则和行动规则，确立从信息或行动而导致某一结果的内部控制机制。行为，指在既定环境和制度条件下，参与人的决策或行动。史密斯认为，实验经济学主要检验和研究的是：在不同的环境和制度下，参与人的行为。为实现上述目标，笔者将以上三方面相融合提出一般的实验设计步骤（见图1）。

实验设计步骤

实验总体要求

首先，应该澄清一个认识误区，不是所有的经济问题都是可以做实验的。在经济学实验方法可以实现的研究问题和研究目标范围内，可以根据研究问题，在整体上给出实验的目的、要求和预期目标。这是实验设计的总依据。

制定相应的实验室交易制度

在经济实验中，被试按怎样的规定进行交易是很重要的，因为实验室交易规则看起来很小的改变可能对博弈论的预测和观测的行为产生重大影响。为解决自己的问题，应作出尽量单纯的经济环境。经济环境越单纯，被试越易理解自身行动与报酬的关系，实验更易受控制，实验结果的解释就越清晰。而复杂的经济环境则可能造成实验结果解释的困难。

常用的实验室交易制度大体有14种，如：明码标价拍卖、双项式拍卖、分散谈判、清算拍卖、折扣制度等。根据所要研究的目标，可以对这些制度在某一方面或者某几方面加以改变或者改变实验室制度中的某一或某些参数，形成适合该研究目标的新的实验室制度，也可以把两种或两种以上的拍卖制度加以结合，形成一种新的实验室制度。例如：“列举/折扣制度”就是明码标价制度的变形。

被试的选择及报酬支付

被试对象的选择 与物理、化学实验等自然科学实验不同的是，实验经济学把社会中的人作为实验对象。实验对象的差异，即人的差异会对实验结果产生巨大影响。

因此，在选择被试时，就要尽量注意减少被试的差异或选择被试差异对实验目的无关或者影响极小的被试。对于我国来说，选择在校本科生或者硕士研究生比较合适。由于我国高校学生所处环境比较单纯，相互差异较少，学习领会能力较强，因此用于对实践经验没有要求或者要求较小的经济学实验效果更好，更易接近现实。

被试数量的选择 被试的数量与实验的质量有很大关系。由于预算经费、实验设备等限制，被试人数不宜过多，应视实验所要描述的实际经济系统而定。一般来说，实验只要接近最小数的被试即可。例如，讨论竞争市场中合理预期模型的适用性、可能性时，若利用3类交易者和两种信息上的约束。为保证任何一个组合均有最小限的竞争，把全部的交易者分为6组，每组至少有2个人，这个市场实验计划至少要用12人的被试。实际上刚好用12个人就可以了。

在绝大多数的实验中，同一状况下配置2～3个被试，实验室市场中达成竞争均衡是足够的。如果被试数目过多，则需重复的实验次数越多，且过多的被试使实验不易控制，结果实验效率并未提高太多反而耗时耗资；被试数目过少，虽然省时省资，但是实验质量较差，不易达到实验目的。

被试的报酬支付 为在实验中做出受控的经济环境，必须给被试支付现金，因为真实的货币更易给被试提供激励，减少被试行为的变异性，降低甚至排除随机行为带来的干扰。这是实验设计的一个关键环节。

对于我国的实验环境和条件，支付大笔的现金显然难以做到。因此探求合适的现金支付数量是经济学实验的重要课题，也许寻找现金的替代品作为实验的支付手段更为实际。本文设想：如果被试是在校学生的话，用学分代替真实货币可能也是可行的。实验经济学研究表明，采用报酬手段作为诱发经济主体（即人）的特征需要满足三个条件：

其一，单调性（Monotonieity）。即被试认为报酬越多越好而且不存在饱和状态。最满足这个条件的就是货币报酬。因此，经济学实验中被试的报酬通常是真实的货币报酬。其二，突显性（Saliency）。被试所得的报酬，必须与被试（以及其他被试）的行动有关，它必须由被试所理解的制度所决定。即被试的行动与报酬的关系，应该能突出显示实验主持者所希望的制度，被试应理解这种关系。其三，优超性（Dominance）。在实验中被试的效用变化来自实验报酬，除此之外的其他原因可以忽略不计。显然，现金可以基本满足以上三个条件，因此通常情况下，实验报酬多数使用的是现金。

学分虽然不完全能够满足上述三个条件，但至少相当接近这三个条件，作为现金的替代品也是一个较好的选择。尤其是在价格层次不多的经济学实验中，学分的这种替代性可能更好。本文可以通过一个简单的实验来考察用学分替代货币报酬的可行性。这时，需要重复同一个实验，第一个方案采用真实货币作为报酬支付；第二个方案采用学分作为报酬支付，然后比较分析实验结果，看其是否存在显著差异，若无显著差异，则说明学分代替真实货币是可行的；反之亦然。

处理好主试与被试间的关系 最重要的就是不可以欺骗被试。因为被试一旦被欺骗就会对实验中已说明的行动和报酬之间的关系产生怀疑，那么实验的积极性就会降低，甚至可能采取一些防御措施，这样就损害了实验的突显性和优超性。即使这种欺骗行为在该次实验中未被发现，那么在以后的实验中也会被发现，这样被试的后续招募就很难，即使能招募到，也可能因被试的抵触和防范使实验结果难接近真实。

但是，不欺骗被试并不等于一切信息公开。在某些特殊的情况下，对被试隐瞒一些信息也是必要的。比如，被试的报酬属于私人信息，应该直至实验结束也不公开，同时规定不可互相询问，这是模拟经济现实的需要，也是经济学实验的需要。如果被试对其他人的货币报酬都了如指掌，那么可能由此产生妒忌或利他主义心理，从而无法使被试自身的利益实现最大化，而无法控制激励的效果，实验结果就会产生偏差。

实验指导语的正确编写与宣读

实验指导语的正确编写 实验指导语是具体指导被试如何参加实验的文件，应包括实验的重要信息。如实验的目的、实验室交易制度、各被试可能采取的行动等，特别重要的是要明确说明被试的行动与报酬之间的关系。还应包括主试为使被试理解实验的若干问题，必须注意主试不要在问题中有意无意地把自己的意图告诉被试。要避免指导语中关于实验目的的叙述成为某种期望效果的暗示，而应叙述的简明具体，容易被试理解。指导语的编写可参考前人已做过的类似的实验说明书，在此基础上根据实验需要加以修改而成。编写出的指导语关键要做到正确、明确及易于理解。

实验指导语的宣读 在实验时，主试或助手应大声朗读实验指导语或播放录音。即使应用计算机在被试的终端屏幕上已有实验指导语文字，主试也应朗读以提高被试的注意力，以期让被试完全理解实验指导语中的内容。

尚需研究和探索的问题

一般来说，经济学实验的报酬远远小于现实的经济报酬。因此，从某种意义上而言，经济学实验的报酬与被试的切身利益并无太大关系。因此，被试可能抱着一种好奇的心态来参加实验，从而影响实验结果。尤其在我国开展经济学实验，报酬可能较少，如何设计更能激发被试积极性的实验方案，是一个亟待解决的问题。

实验经济学主要研究和检验的是参与人的行为，而参与人的行为同参与人的心理有极大关联。社会和经济系统的规则，能影响参与人所受到的激励和参与人的决策。不同国家有不同的政策法规、经济制度、传统风俗，不同国家的被试经济行为的差异不可避免。因此，研究同一经济现象或理论问题，在选择不同国家，或不同人种参与实验所得结果会不同。笔者认为，这一问题也是在我国开展经济学实验所必须面对的一个复杂且具有挑战性的问题。

参考文献：

1.高鸿祯.实验经济学导论[M].中国统计出版社，2003