实验技术员（精选11篇）
实验技术员 篇1
关键词：实验技术人员,定性定量考核,实验技术水平
实验技术人员是高校教师队伍不可缺少的组成部分, 他们承担着教学实验准备、实验室建设、科学研究以及教学日常管理等各项工作。建设一支综合素质高、技术过硬、结构合理、人员稳定的实验技术队伍, 是搞好实验教学与科研、实验室建设的根本保证[1]。要提高实验技术人员的综合素质及实验技术水平, 除需进行培训外, 更需加强考核管理。没有严格、规范的考核制度, 就不能激励实验技术人员的积极性和创造性[2]。笔者结合近年来我院对实验技术人员的管理情况, 就如何加强实验技术人员考核谈谈体会。
1 过去实验技术人员考核存在的问题
我院以往对实验技术人员考核采取2种方案。方案一是定量考核, 因为过细的量化, 导致实验技术人员每做一项工作都要先计算工作量, 推、拖无法核定的工作, 他们经常为工作量争吵, 严重影响工作。方案二是取消量化, 进行定性考核, 年终由学院、管理职能部门、系部根据实验技术人员的述职进行投票。划定优秀、合格、基本合格、不合格作为实验技术人员年终津贴发放、晋升晋级的标准。这样导致实验技术人员乐意为领导做事, 不愿为教师服务, 使得教师与实验技术人员、实验技术人员间矛盾重重, 严重影响教学、科研、实验室工作的正常开展。
2 对策
根据以往的经验和教训, 我们认为对实验技术人员单纯采取定性或定量考核都不科学, 都不能得出客观的评价结论。针对实验室工作的多样性、灵活性、复杂性、特殊性等特点, 结合本院实际, 我们把定性和定量考核结合起来, 制定出主次分明、重点突出、科学、公平、合理的考核指标体系。
2.1 考核的基本原则
遵循科学、客观、适用的原则[3], 做到公平、公正、公开、合理, 以充分调动广大实验技术人员的积极性和创造性, 顺利开展实验教学、科学研究和实验室建设等工作。
2.2 考核方案的制定
我院实验技术人员分布在5个系部 (形态学部、机能学部、生物病原学部、化学与生物化学学部、中医系) 和一个科研中心。实行的是系部领导下的模块管理体制。学院在制定方案前必须深入各系部广泛听取教学管理人员、教师、实验技术人员的意见, 通过自上而下、自下而上反复讨论, 制定出切合实际的考核指标体系[4]。考核指标体系包括以下内容。
(1) 政治思想。包括思想觉悟、道德修养、工作服务意识、服务态度、工作作风、工作纪律等。总分20分。
(2) 工作质量。主要包括实验教学、实验准备、实验技术水平, 实验室建设, 仪器设备的管理、维护和使用及低值耐用品、易耗品的管理等, 依据教师、学生的满意程度来评定。总分70分。
(3) 合作精神。主要包括实验技术人员与教师、教学管理人员、学生的配合及相互间的合作。总分10分。
(4) 实验教学。参照教师工作量标准, 1个标准实验教学学时为1分, 按实际工作量计算。
(5) 实验准备。每10个标准实验准备学时为1分, 按实际工作量计算。
(6) 实验室建设。包括实验室规划、评估、考核、创新、档案管理材料上报等, 由系部分管实验室主任核定计分。总分为10分。
(7) 仪器设备管理与维护。包括仪器设备的使用率和完好率, 账、物、卡是否相符, 由系部分管实验室主任核定。总分为10分。
(8) 科学研究。参照教师的考核标准, 按实际工作量计分。如在核心期刊发表一篇论文72分, 在一般公开刊物发表一篇论文36分等。
(9) 社会工作。参照教师标准, 按实际工作量计分, 如任工会小组长6分、班主任30分, 参加学术会议一次6分等。50分封顶。
(10) 低值耐用品、易耗品的使用及管理。包括物品的请购, 登账入库、出库, 合理使用。总分为5分。
(1) (2) (3) 为定性考核指标, 总分为100分, 由系部主任及全体教师进行客观评定。 (6) (7) 每项总分最高为10分, (10) 为5分, 由于其量化操作难度大, 其具体分值应在定性考核中得到进一步体现。
2.3 组织实施
考核于每年12月下旬进行, 按照考核指标体系严格执行。定性考核由系部主任及全体教师客观评定, 定量考核由系部分管实验室主任核定。
2.4 统计结果
定性和定量的分数相加就是实验技术人员的考核分数。根据分数确定优秀 (总分300分以上、定性分数90分以上) 、合格 (总分200分以上、定性分数75分以上) 、基本合格 (总分150分以上、定性分数60分以上) 、不合格4个档次。考核结果作为评先、晋升、晋级、评定技术职称的依据, 并与年终奖惩挂钩。公
论实践教学中的指导语教学
童清玉, 童八金
(龙岩卫生学校, 福建龙岩364000)
关键词:指导语;实践教学;护患沟通
中图分类号:G421
文章编号:1671-1246 (2010) 01-0119-02
大多数患者对医院环境有一种陌生感, 需要通过护患之间充分而良好的沟通来消除。患者在就诊或住院过程中接受治疗和护理时, 医护人员与患者进行沟通所使用的指导性言语称为“指导语”。医护人员如能正确而适时地对患者使用指导语, 就能较顺利地达到治疗和护理目的, 反之, 不仅会增加治疗和护理的难度, 也不利于患者康复。本文就实践教学中的指导语教学加以论述。
1指导语在护理工作中的重要性
护理模式从单纯的疾病护理转变为整体护理, 从以疾病为中心转变到以患者为中心, 增加了对患者及其家属和服务对象进行健康教育、指导, 及时沟通等内容, 这使得越来越多的医院管理者意识到护患沟通的重要性。护生除需掌握各项护理操作技能外, 还必须学会正确使用指导语。在以往的护理教学中, 教师对指导语教学不够重视, 虽然在《人际沟通》中有一章“护理工作中的人际沟通”, 但由于人际沟通独立于实际操作, 教学效果差[1]。笔者认为指导语教学不应独立进行, 而应贯穿于实践教学的全过程。
2指导语教学在实践教学中的实施2.1教师示范教学
教师示范教学时要使用规范通俗、又有一定专业性的指导
布考核结果以增加考核透明度, 实验技术人员应对照考核结果自我督促、找出问题, 不断改进工作。
通过对实验技术人员进行定性与定量相结合的考核, 笔者认为在考核过程中除了要考核其思想表现、工作态度、工作作风、工作纪律外, 更应重点考核实验技术人员实验课开设质量、实验室建设以及完成各项工作任务的情况。在定性的基础上进行量化, 才能尽量做到公正、公平、合理、客观。
语。如经鼻插入胃管操作, 教师准备好用物, 认真核对床号姓名后进行操作时, 先使用规范的指导语:“31床李某, 你今天要做手术, 按医生嘱咐手术前必须把这根管子插入你的胃里, 以减轻手术后不适。现在我要为你插管, 会有点不舒服, 有呕吐感, 我一边插, 请你像吞面条一样把管子吞下去, 我们一起努力, 争取一次性成功, 好吗, 谢谢!”然后再开始操作, 插管时边鼓励边指导, 如“很好, 就这样”。当患者想呕吐时, 指导患者“请深呼吸, 很快就好。”当插管到口咽部时, 继续鼓励患者“你太棒了, 我们配合得很好, 马上就成功了”。教师演示时应将指导语贯穿于熟练的技术操作中, 把模型人完全当作患者对待, 让护生感受到操作练习的真实性, 认识到指导语与操作技术同等重要。2.2护生模拟演练
组织护生3~5人一组进行操作练习时, 要求他们严格按照教师示教的规范操作, 包括指导语的使用。教师在巡回指导过程中注重护生是否与患者沟通交流, 强化其为患者服务的意识。如在妇科检查实践课上, 在操作前教师要求护生先想象患者就诊时害羞又紧张的表现, 然后在双合诊时对患者使用指导语:“请不要紧张, 深呼吸, 放松腹部, 很快就好了”。如发现护生在练习中遗漏指导语, 则要求其重复该项操作。
2.3真人互换练习
在模型人身上护生无法感受患者的不适和疼痛, 也不能实现真正意义上的护患交流, 护生在操作中容易随意及不规范, 为了使护生真切体会患者的不适和疼痛, 就个别可操作的项目实行护生互换练习[2]。如注射法实践课中, 护生先在模型人身上
[1]陈实, 李崧.加强实验技术人员的岗位和职责管理[J].实验技术与管理, 2005, (22) :146.
[2]李红军.医学院校实验室实行模块管理初探[J].山西医科大学学报 (基础医学教育版) , 2003, 5 (2) :182.
[3]顾玉平.实验技术人员工作量量化管理初探[J].实验研究与探索, 2003,
[4]彭刚, 董希敏.实行量化考核改革教师管理[J].卫生职业教育, 2008, 26 (17) :55~56.蒉
参考文献
[1]陈实, 李崧.加强实验技术人员的岗位和职责管理[J].实验技术与管理, 2005, (22) :146.
[2]李红军.医学院校实验室实行模块管理初探[J].山西医科大学学报 (基础医学教育版) , 2003, 5 (2) :182.
[3]顾玉平.实验技术人员工作量量化管理初探[J].实验研究与探索, 2003, (22) :121.
[4]彭刚, 董希敏.实行量化考核改革教师管理[J].卫生职业教育, 2008, 26 (17) :55～56.
实验技术员 篇2
实验一 金霉素链霉菌培养基的制备（验证型）
实验目的：
1、学会培养基的配制
2、掌握灭菌方法。实验原理：
金霉素链霉菌（Streptomyces aureofaciens）亦称“金色链霉菌”，放线菌门(Actinobacteria)，放线菌纲(Actinobacteria)，放线菌目(Actinomycetales)，链霉菌科(Streptomycetaceae)，链霉菌属(Streptomyces)。在固体培养基上产生金色色素，故名。其菌落为草帽型, 菌落直径一般为3～5毫米, 表面较平坦, 中间有隆起。菌落开始为白色，长孢子后变青色。在显微镜下可以看到短杆状的菌丝。抗菌素工业上用以生产金霉素。
放线菌是一类介于细菌与真菌之间的单细胞微生物。放线菌在土壤中分布最多，大多数生活在含水量较低、有机质丰富和微碱性的土壤中。多数情况下，泥土中散发出的“泥腥味”就是由放线菌中链霉菌产生的土腥素造成的。放线菌大都好氧，属于化能异养，菌丝纤细，分枝，常从一个中心向周围辐射生长。因其生长具辐射状，故名放线菌。放线菌能像真菌那样形成分枝菌丝，并在菌丝末端产生外生的分生孢子，有些种类甚至形成孢子囊，因而曾被误认是真菌。但其菌落较小而致密，不易挑取。不少菌种在医药、农业和工业上广泛应用，可产生抗菌素，现已发现和分离出的由放线菌产生的抗生素多达4 000多种，其中，有50多种抗生素已经广泛地得到应用，如链霉素、红霉素、土霉素、四环素、金霉素、卡那霉素、氯霉素等用于临床治疗人的多种疾病；有些可生产蛋白酶、葡萄糖异构酶；有的用于农业生产，如灭瘟素、井冈霉素、庆丰霉素等。
四环素类抗生素是由链霉菌生产或经半合成制取的一类广谱抗生素。抗菌谱极广，包括革兰氏阳性和阴性菌、立克次体、衣原体、支原体和螺旋体。品种主要包括金霉素、四环素和土霉素。四环素早在1948年即开始用于临床，至今已有50余年历史。现在四环素已被收入中国药典2005版，还被收入美国、英国、日本等许多国家的药典。上世纪70～80年代四环素产销处于全盛时期，我国有上百家企业生产，临床用量很大。多年来由于四环素类的广泛应用，临床常见病原菌对金霉素耐药现象严重。1950年，国外有报道四环素族药物引起牙着色，病因是在牙的发育矿化期服用四环素族药物，可被结合到牙组织内，使牙着色。四环素还可在母体通过胎盘引起乳牙着色。其后又后续报道四环素沉积于牙、骨骼以至指甲等，而且还能引起釉质发育不全。在这方面，国内直至70年代中期方引起注意。自20世纪80年代后期起，因细菌耐药性增加以及新的抗生素大量上市等原因，四环素产销逐渐萎缩，市场疲软。因为副作用大，只外用，用于治疗结膜炎、沙眼。材料、试剂和器材： 试剂：
NaBr母液（100 g／L）KCl母液（100 g／L）
M-促进剂母液（2.5 g／L）器材：
1ml移液枪；不锈钢锅；电炉；台秤、天平其它物品：
蒸馏水、250ml三角瓶、500ml三角瓶、钥匙、烧杯、玻璃棒、量筒、纱布、剪刀、棉花塞、报纸、线绳、皮筋、记号笔、1.5mL离心管、1ml移液枪头、枪头盒 实验步骤： 1．种子培养基
种子培养基(g／L)：可溶性淀粉40，黄豆饼粉20，酵母粉5，蛋白胨5，CaCO3 4，(NH4)2SO4 3，MgSO4·7H2O 0.25，KH2PO4 0.25。
先称取黄豆饼粉20g，单独煮沸10分钟，加入少量凉水降温，4层纱布压榨取汁，与其它称好的各成分混合，定容至1L。
每50ml分装到250ml三角瓶中，每组2瓶。2．定向发酵培养基
发酵培养基(g／L)：可溶性淀粉100，黄豆饼粉40，蛋白胨15，CaCO3 5，(NH4)2SO4 3，酵母粉2.5，MgSO4·7H2O 0.25，α—淀粉酶0.1。
配制方法同种子培养基，配好后分装到500ml三角瓶中，每瓶100ml，分别加入如下成分，比较它们对四环素产量的影响：
(1)对照(不加其他成分)；
(2)加入NaBr母液至终浓度为2g／L；(3)加入KCl母液至终浓度为2g／L；
(4)加入NaBr母液至终浓度为2g／L及M-促进剂母液至终浓度为0.025g／L。每两组配一套。3．灭菌
将封好口的培养基121℃灭菌30min。同时灭1ml 剪口移液枪头、1.5mL离心管。（总过程：称量——溶化——定容——分装——封口——灭菌）注意事项：
1．黄豆饼粉煮沸取汁。
2．培养基封口最好用8层纱布或棉花塞，最好不用橡胶塞，以增加透气性。3．灭菌时锅内要补足水分。由于灭菌锅较大，升温排气一定要充分（10min）。补充阅读：
工业发酵中利用生产菌发酵得出最终产物是一个逐级放大的过程，各个不同的阶段对于营养成分的要求也各有特点，根据发酵不同阶段的要求，培养基可分为孢子培养基、种子培养基和发酵培养基三种。
孢子培养基孢子培养基是供菌种繁殖孢子的一种常用固体培养基，对这种培养基的要求是能使菌体迅速生长，产生较多优质的孢子，并要求这种培养基不易引起菌种发生变异。所以对孢子培养基的基本配制要求是：第一，营养不要太丰富（特别是有机氮源），否则不易产孢子。如灰色链霉在葡萄糖－硝酸盐－其它盐类的培养基上都能很好地生长和产孢子，但若加入0.5%酵母膏或酪蛋白后，就只长菌丝而不长孢子。第二，所用无机盐的浓度要适量，不然也会影响孢子量和孢子颜色。第三，要注意孢子培养基的pH和湿度。生产上常用的孢子培养基有：麸皮培养基、小米培养基、大米培养基、玉米碎屑培养基和用葡萄糖、蛋白胨、牛肉膏和食盐等配制成的琼脂斜面培养基。大米和小米常用作霉菌孢子培养基，因为它们含氮量少，疏松、表面积大，所以是较好孢子培养基。
种子培养基种子培养基是供孢子发芽、生长和大量繁殖菌丝体，并使菌体长得粗壮，成为活力强的“种子”。所以种子培养基的营养成分要求比较丰富和完全，氮源和维生素的含量也要高些，但总浓度以略稀薄为好，这样可达到较高的溶解氧，供大量菌体生长繁殖。种 2 子培养基的成分要考虑在微生物代谢过程中能维持稳定的pH，其组成还要根据不同菌种的生理特征而定。一般种子培养基都用营养丰富而完全的天然有机氮源，因为有些氨基酸能刺激孢子发芽。但无机氮源容易利用，有利于菌体迅速生长，所以在种子培养基中常包括有机及无机氮源。最后一级的种子培养基的成分最好能较接近发酵培养基，这样可使种子进入发酵培养基后能迅速适应，快速生长。
生物实验与信息技术整合 篇3
“探究植物细胞的吸水和失水”是高中生物中的一个经典实验，该实验的实施可以帮助学生更好地掌握植物细胞失水和吸水的原理；帮助学生从不同的角度思考、分析、解释观察到的现象；帮助学生排除观察中各种无关因素的干扰，帮助学生树立善于发现问题并积极参与讨论探求新知的态度。由于该实验强度大，实验时间紧张，实验时教师难演示、难指导等问题的存在，导致使用传统显微镜进行该实验时成功率偏低，实验效果减弱。经过试验，笔者用实验室现成的器材加上家用数码相机和摄像头制作了简易的“摄像显微镜”，解决了在传统显微镜实验中出现的种种问题。本文就“摄像显微镜”在“探究植物细胞的吸水和失水”实验中的应用及其优点做一简单的介绍。
一、“摄像显微镜”的应用优点
1.有助于拓展实验探究
在实验中使用由数码相机及摄像头改进而成的“摄像显微镜”可以帮助学生节约时间，所以我们可以在以上实验的基础上引导学生进行“探究紫色洋葱无色内表皮细胞吸水和失水”的探究性。将全班学生分成两个组，各小组采用洋葱不同表皮细胞和不同蔗糖溶液进行质壁分离实验，最后汇总全班各实验小组的照片，展示实验结果。
照片展示：（质壁分离）。
2.有助于师生及生生互动交流
在传统显微镜的实验教学中，由于时间和精力有限，教师只能对少数学生的显微镜物像进行观察，对少数学生的显微镜的操作进行指导。每位学生只能看到自己显微镜中的物像或个别地进行小范围的交流，所以由于互动交流的缺乏，使得学生在实验课堂中所获得的技能和知识都大大减少。
在由数码相机改进而成的“摄像显微镜”的实验教学中，通过多媒体技术，教师可以在每一个步骤中了解学生的实验进程，对所有学生进行监控和指导；同样，通过多媒体技术，师生可以看到不同视野的物像，进行分析总结，从而加强师生及生生之间的互动交流。
例如，学生利用“摄像显微镜”，通过分析讨论得出了如下结论：
（1）质壁分离时图像出现了不规则现象
结论：①细胞壁棱角和蔗糖溶液接触面积大，优先发生质壁分离。②外界溶液浓度过高，细胞失水过度。
（2）整个细胞被染成红色现象。
结论：细胞已经失去选择透过性，说明这些细胞是死细胞。
（3）物像只有轮廓，没有填充紫色
结论：取材步骤中撕下的是内表皮或是撕下外表皮时细胞破裂，内容物流失。
3.提高了学生学习生物的兴趣
生物学是一门实验科学，学生在生物实验教学除了能了解掌握一定的原理、技巧和方法外，还能提高生物的学习兴趣，而使用由数码相机及摄像头改进而成的“摄像显微镜”就很好地加强了生物实验的这一功能。在“摄像显微镜”实验的教学中，我们应对典型的美观的物像进行资源共享，对实验中的难点和重点进行适时的指导，对异常的错误操作步骤进行及时改正。以上的方方面面都可以提高学生的实验完成度和成功率，从而提高学生学习生物的兴趣。
二、结束语
在生物实验教学中，利用信息技术进行教学，充分发挥信息技术的辅助作用，可以很好地提高学生的学习兴趣，引导学生积极主动地学习，提升学生的创新能力和整体素质，提高教学效率。
参考文献
[1]罗益群.“观察植物细胞的质壁分离与复原”实验初探[J].中学生物学，2005，21（1）.
[2]唐晓明，姚新叶.未曾预约的美丽——质壁分离实验图像不规则的再探究[J].教学仪器与实验，2010（10）.
实验技术员 篇4
1 搜集空药盒, 建立模拟药房
药理学引导实验是学生初步接触药理学的第一次实验, 主要涉及药品的基本知识和处方的基本知识等。我们组织学生利用课余时间从医院、诊所以及药店搜集空药盒, 并建立了空药盒图片库, 方便教师利用空药盒进行引导实验教学。搜集空药盒主要有3个目的:一是空药盒搜集与归类可加深学生对药名、药物作用和用途的认识;二是空药盒搜集可使学生熟悉药品有效期, 能通过药品有效期来判断药品是否过期;三是基于空药盒搜集, 建立空药盒图片库, 有利于在实验室建立模拟药房[2]。
2 搜集静脉输液针软管, 革新动脉插管技术
在传出神经系统药对血压影响的早期实验中, 以玻璃动脉导管为基础进行动脉插管, 但此动脉导管易破坏动脉壁, 增加了动脉插管的难度。对此, 我教研室引进了聚乙烯材料动脉导管, 此导管软硬度适中, 易于插管。由于此导管与压力换能器相连接后, 压力换能器侧管需接入三通管, 而在实验中可出现三通管渗血等问题, 影响实验效果。因此, 我们从廉价、废弃的生活材料中搜集了一次性静脉输液针软管, 并与压力换能器侧管相连接, 解决了动脉导管与三通管渗血等问题。该方法简便, 易于操作, 可省略三通管, 易于插管, 实验效果明显提升。
3 自制鼻插管, 革新呼吸系统药理实验
尼可刹米对呼吸抑制的解救和地西泮的抗惊厥作用是孤立的两个实验, 而革新后的实验将两个实验合二为一, 进行有机融合, 并补充了实验程序, 使其更加完整、合理[3]。与国内高校同类实验相比, 革新后的实验具有以下特点。
3.1 革新后的实验为无创呼吸药理实验
善待动物, 关注动物生命, 防止或减少动物的应激、痛苦和伤害是实验动物伦理管理委员会的伦理原则。在国内高校同类实验中, 大多数采取麻醉—气管分离—气管插管等颈部手术操作流程。此方法虽对动物进行了麻醉, 不同程度减轻了动物的疼痛, 但仍然对动物造成了一定的伤害。经过长期摸索与实践, 我们整合两个孤立的实验以后, 自制鼻插管, 并与压力换能器相连接, 描记动物呼吸曲线的变化。革新后的实验方法简单易行, 操作简便, 只要将动物固定, 不需麻醉就可进行动物实验, 很大程度上减轻了对动物的伤害, 符合实验动物伦理管理委员会的伦理原则。
3.2 革新后的实验成功地复制了惊厥动物模型
药物是一把双刃剑, 使用剂量太小不产生药理作用, 剂量太大又会引起不良反应, 甚至导致机体死亡。因此, 应以剂量为主线, 让学生观察剂量对药效所产生的动态变化, 增强药理学学习的趣味性。革新后的实验在较短时间之内就能观察到疗效与副作用相互转化的连续变化, 比如, 呼吸抑制解救—惊厥模型复制—惊厥抢救等动态变化。与国内高校同类实验相比较, 大多数高校采取颈部手术法观察动物呼吸运动的变化, 虽能观察到呼吸抑制及呼吸抑制解救, 但无法复制惊厥动物模型。然而, 我们革新实验以后, 以无创呼吸药理实验为基础, 成功地复制了惊厥动物模型。
4 革新泌尿系统药理实验, 建设开放型药理机能实验室
尿量是机体生理功能的重要指标, 尿量的增多或减少可反映机体肾功能的状况。对于药理实验来说, 尿量的测定可用作对利尿药及抗利尿药的筛选。在传统的呋塞米对家兔利尿作用实验中, 采取尿道插管来观察家兔的尿量。此传统方法的缺点有两个, 一是仅局限于雄性家兔, 二是使用的药物较单一。
在我教研室引进聚乙烯材料的动脉导管后, 我们用酒精灯将聚乙烯材料动脉导管拉细, 用作输尿管插管。另外, 通过家兔耳缘静脉给予不同的利尿药和抗利尿药, 比如呋塞米、去甲肾上腺素、20%葡萄糖注射液、垂体后叶素, 分别观察这4种药物对家兔尿量的影响, 并分析其作用机制。
革新后的实验方法具有以下特点: (1) 从实验对象来说, 并不局限于雄性家兔。 (2) 从实验技术上来说, 聚乙烯材料导管拉细后用作输尿管插管, 易操作, 减少了尿道插管给家兔带来的伤害。 (3) 从实验结果来说, 革新前的实验, 学生仅能看到呋塞米能增加尿量, 而革新后的实验, 学生既能观察到尿量的增加, 也能观察到尿量的减少, 使抽象的理论形象化。
5 积累实验教学资源, 学生自行设计机能实验
经上述实验技术革新, 我们从廉价、废弃的生活材料中积累了实验教学资源, 比如鼻插管、静脉输液针软管、动脉导管等。在此基础上, 可为学生提供以下设计性实验题目:一是不同浓度的酒精对家兔血压、呼吸、心率的影响;二是未知药物的降压作用;三是在人工降温的情况下, 氯丙嗪对家兔体温、血压、尿量的影响。学生也可根据实验题目, 自行设计实验步骤, 完成自主药理机能实验。
参考文献
[1]余上斌, 晏汉娇, 周新文, 等.医学机能学开放实验教学的探索[J].中华医学教育杂志, 2012, 32 (6) :924-925.
[2]王锦淳, 张威, 秦爱萍, 等.模拟药房在药理学教学中的作用[J].卫生职业教育, 2013, 31 (5) :96-97.
VLAN技术实验教学设计 篇5
关键词:VLAN 路由器 Trunk
中图分类号:TP393.2 文献标识码:A 文章编号:1673-8454(2009)15-0075-04
可网管交换机的设置及VLAN技术是计算机网络课程的重难点内容之一,不仅理论知识比较抽象,对实验环境的硬件要求也很高。笔者根据学习者的特征以及实验教学内容的特点,利用我校的网络实验室,从不同的角度,对传统意义上的三个VLAN实验项目利用不同的方法进行了教学设计与实现,既让学习者的想法在实验中得以验证,又加深了他们对实验内容的理解,取得了较好的教学效果。
一、学习者特征分析
学习者的一般特征是指对学习者有着影响的生理、心理和社会等方面的特点。[1]本实验是针对计算机专业三年级学生开设的,其年龄均在20岁以上,思维有较强的抽象性,观察实物目的性和系统性较强,注意力更稳定,成就动机增强,具备较强的自我管理、自由思考和学习的能力。而且,在此之前,他们已开设过许多实验课,具备了较强的实践动手能力。
更值得注意的是,在VLAN技术内容课堂讲解时,许多同学针对传统意义上的三个VLAN实验项目提出了不同的实现方法,如VLAN间互访能否用双臂路由器、三层交换机或物理连线的方法实现,能否实现跨交换机的VLAN间互访等,想法很具有创新意识和开拓意义,虽然有不足,但朴实直接。实验本身就是一个通过具体实验来验证思路是否正确的过程,因此,根据同学们自身的这些特点,除传统意义上的单交换机VLAN划分实验、采用trunk技术实现跨交换机VLAN划分实验、单臂路由器实现单交换机VLAN互访实验三个实验外,我们对其他各子实验项目也进行了实验教学设计。
二、实验教学内容分析
本次实验内容为VLAN技术,除了要从理论上将该技术的实现机理给学生讲明白外,还要在实验设备交换机和路由器上将该技术的结果实现,因此实验教学内容重点放在讲解各实验项目在实验设备上实现的原理、数据流程、进行配置的具体步骤和测试结果的分析上。
三、确定实验教学目标
教学目标是师生活动的重要依据,根据学习者特征分析和实验教学内容分析,结合计算机专业学生培养的总目标,确定本实验教学的目标为掌握VLAN技术在交换机和路由器等实验设备上的具体实现,能够做到单组独立完成,锻炼同学们的动手能力和理论联系实际的能力。[1]进而提高学生的计算机网络设计与组建能力、虚拟局域网应用能力、交换机路由器等设备的配置能力,提高学生的局域网理论认识水平和实践操作能力。
根据同学们自身的特点,除传统意义上的第三个VLAN实验项目外,我们还设计了另外五个具体实验项目。八个子实验项目分别用阿拉伯数字进行了标记,它们构成了第三层次的子目标,传统的三个实验项目用字母“t”进行了标记,实验教学目标体系如图1所示。
四、实验教学实施过程
实验教学过程设计实际上就是实验教学实施流程的设计,不同类型的实验项目其实验教学过程的组织方式不同。[2]本实验要求学生能根据所学VLAN理论知识,按照实验目标的要求来设计实验的步骤,利用实验室提供的实验设备单组独立完成实验,实验具体设计步骤如下。
1.单交换机VLAN划分实验
该实验是学生在VLAN技术实验中遇到的第一个实验,是学习后续几个实验的基础,实验过程相对比较简单,关键是理解VLAN理论知识的内涵,从实验的结果联系相关的VLAN理论知识再去重新认识,从而达到掌握VLAN技术实验的目的,因此本实验教学安排1个学时。
实验用到一台可网管交换机DCS3926、3台PC机和连接线若干,分别将pc1、pc2和pc3连接至该交换机的1、2、3端口上,IP地址和子网掩码分别配置为192.168.1.1/24、192.168.1.2/24和192.168.1.3/24。我们在交换机上建立VLAN10和VLAN20两个VLAN,其中交换机端口1划分到VLAN10中,交换机端口2和3划分到VLAN20中。
DCS3926交换机配置如下:[3]
(1)创建VLAN
switch#config //进入交换机配置模式
switch(config)#vlan 10 //建立vlan10
switch(config-vlan10)#exit //退出vlan10
switch(config)#vlan 20
(2)将端口放入VLAN中
switch#config
switch(config)#vlan 10 //进入vlan10
switch(config-vlan10)#switchport interface Ethernet 0/0/1 //将交换机端口1加入到vlan10中
switch(config-vlan10)#exit
switch(config)#vlan 20 //进入vlan20
switch(config-vlan20)#switchport interface Ethernet 0/0/2-3 //将交换机端口2和3加入到vlan20中
(3)验证结果
配置完毕后,用ping命令进行测试:结果pc1不能与pc2和pc3通信,pc2和pc3互通。
2.跨交换机VLAN划分实验
该实验是前一个实验的扩展,实现跨交换机相同VLAN间通信,因为有了实验1做基础,本实验安排1个学时。本实验用到DCS3926可网管交换机两台、PC机4台和相关连接线,pc1、pc2 、pc3和 pc4IP地址与子网掩码配置分别为192.168.1.1/24、192.168.1.2/24、192.168.1.3/24和192.168.1.4/24。在两台交换机上分别建立VLAN10和VLAN20两个VLAN,并将该交换机的1~8端口放入VLAN10中,将9~16端口放入VLAN20中,具体交换机配置参见实验1。
本实验分为两个子实验,实验(1)采用物理连线的方法实现跨交换机相同VLAN间通信,实验(2)采用trunk技术实现跨交换机相同VLAN间通信,分别如下:
(1)物理连线方法
如图2所示,分别将两台交换机的VLAN10和VLAN20用网线直接连接,pc1、pc2、pc3和pc4均接在相应交换机的相应VLAN中,用ping命令进行测试,结果pc1与pc2,pc3和pc4能够互通,但pc1、pc2与pc3、pc4不通,实现了跨交换机相同VLAN间通信。
(2)采用trunk技术方法
如图3所示,两台DCS3926交换机通过24号端口相连,pc1、pc2分别连接在switch A和switch B的VLAN10的1号端口上,pc3、pc4分别连接在switch A和switch B的VLAN10的9号端口上,Switch A上配置trunk步骤如下:
switch A#config
switch A(config)#interface Ethernet 0/0/24 //进入switch A24号端口配置模式
switch A(config-ethernet0/0/24)#switchport mode trunk //设置switch A24号端口为trunk模式
switch A(config-ethernet0/0/24)#switchport trunk allowed vlan all //允许switch A所有VLAN通过
switch B上作同样配置,然后用ping命令进行测试,结果显示pc1与pc2互通,pc3与pc4互通,而pc1、pc2与pc3、pc4不通。
(3)两种方法对比分析(见表1)
从表1对比我们可以得出一个很显然的结论:trunk技术方法远远优越于物理连线方法。
3.VLAN间互访实验
VLAN间互访实验仍然是前面两个实验的延续,该实验总体又分为单交换机互访和跨交换机互访两个子部分,具体实现如下:
单交换机VLAN间互访实验共有四种实现方法,所用网络拓扑结构如图4所示,分别实现如下:
1)物理连线方法
如图4中Ⅰ图所示,在交换机switch A上的VLAN10和VLAN20用一根网线直接相连,用ping命令测试pc1和pc3,结果pc1和pc3互通。
2)用三层交换机方法
将图4中Ⅱ图中的“设备”接上一台DCRS5526三层交换机,Ⅱ图则变为用三层交换机实现VLAN间互访的拓扑结构,图中pc1接在switch A的1号端口上,pc3接在switch A的9号端口上。首先,分别在switch A和三层交换机DCRS5526上分别创建VLAN10和VLAN20,将1~8端口放入VLAN10中,将9~16口放入VLAN20中,详细步骤参见实验1中在DCS3926配置VLAN的过程,三层交换机DCRS5526交换机路由配置如下:[4]
switch#config
switch (config)#interface vlan 10 //进入vlan10接口配置模式
switch (config-if-vlan10)#ip address 192.168.1.254 255.255.255.0 //为vlan10配置接口地址
switch (config-if-vlan10)#exit
switch (config)#interface vlan 20 //进入vlan20接口配置模式
switch (config-if-vlan20)#ip address 192.168.2.254 255.255.255.0 //为vlan20配置接口地址
用双绞线将三层交换机1号端口接在switch A的2号端口上,将三层交换机9号端口接在switch A的10号端口上,为pc1配置IP地址和子网掩码为192.168.1.10/24,网关为192.168.1.254,为pc3配置IP地址和子网掩码为192.168.2.10/24,网关为192.168.2.254。
配置完毕,在pc1上用ping命令测试pc3,结果pc1和pc3互通。
3)用路由器方法
将图4中Ⅱ图中的“设备”接上一台DCR1792路由器,Ⅱ图则变为用路由器实现VLAN间互访的拓扑结构,图中pc1接在switch A的1号端口上,pc3接在switch A的9号端口上。首先,分别在switch A上创建VLAN10和VLAN20,将1~8端口放入VLAN10中,将9~16口放入VLAN20中,详细步骤参见实验1中在DCS3926配置VLAN的过程,路由器DCR1702具体配置如下:[5]
router#config //进入路由器配置模式
router_config#interface f0/0//进入路由器f0/0口的配置模式
router_config_f0/0#ip address 192.168.1.254 255.255.255.0//为f0/0口配置IP地址
router_config_f0/0#exit
router_config#interface e0/1//进入路由器e0/1口的配置模式
router_config_e0/1#ip address 192.168.2.254 255.255.255.0//为e0/1口配置IP地址
用双绞线将路由器f0/0端口接在switch A的2号端口上,将路由器e0/1端口接在switch A的10号端口上,为pc1配置IP地址和子网掩码为192.168.1.10/24,网关为192.168.1.254,为pc3配置IP地址和子网掩码为192.168.2.10/24,网关为192.168.2.254。
配置完毕,在pc1上用ping命令测试pc3,结果pc1和pc3互通。
4)用单臂路由器实现
如图4中Ⅲ图所示,将路由器接在交换机的24号端口上,然后在交换机上创建VLAN10和VLAN20,将1~8号端口放入VLAN10中,将9~16号端口放入VLAN20中,详细步骤参见实验1中在DCS3926配置VLAN的过程,将24号端口配置为trunk模式,允许所有VLAN通过,详细步骤参见实验2中在DCS3926配置trunk的过程。路由器具体配置如下:[5]
router#config
router_config#interface f0/0.1//进入f0/0.1子接口配置模式
router_config_f0/0.1#ip address 192.168.1.254 255.255.255.0//为f0/0.1子接口配置IP地址
router_config_f0/0.1#encapsulation dot1q10//封装dot1q10协议
router_config_f0/0.1#exit
router_config#interface f0/0.2//进入f0/0.2子接口配置模式
router_config_f0/0.2#ip address 192.168.2.254 255.255.255.0//为f0/0.2子接口配置IP地址
router_config_f0/0.2#encapsulation dot1q20//封装dot1q20协议
为pc1配置IP地址和子网掩码为192.168.1.10/24,网关为192.168.1.254,为pc3配置IP地址和子网掩码为192.168.2.10/24,网关为192.168.2.254。
配置完毕,在pc1上用ping命令测试pc3,结果pc1和pc3互通。
5)单交换机VLAN间互访各种实现方法对比分析
从表2我们可以得出一个很显然的结论:单臂路由方法远远优越于其他几种方法。
(2)跨交换机VLAN间互访实验
跨交换机VLAN间互访实验是单交换机VLAN间互访实验的扩展,和单交换机VLAN间互访的4个子实验项目相对应,即可以通过物理连线方法、三层交换机、路由器和单臂路由器四种方法均可实现跨交换机VLAN间互访实验,实验拓扑如图5所示,根据图5所示的网络拓扑结构,参照单交换机VLAN间互访实验,可以很快做出这四个实验项目,同样按着表2四种实现方法的对比分析,我们可以很显然地得出通过单臂路由器方法实现跨交换机VLAN间互访实验是最好的,所以在此仅给出通过单臂路由器实现跨交换机VLAN间互访的具体实现,具体实现如下:
如图5中Ⅲ图所示,在交换机switch A和switch B上创建VLAN10和VLAN20,将1~8号端口放入VLAN10中,将9~16号端口放入VLAN20中,详细步骤参见实验1中在DCS3926配置VLAN的过程。将交换机switch A的23、24号端口和switch B的24号端口配置为trunk模式,允许本交换机上所有VLAN通过,详细步骤参见实验2中在DCS3926配置trunk的过程,交换机switch A和switch B通过2号端口连接,switch A通过23号端口和路由器f0/0接口连接。路由器配置两个子接口,IP地址和子网掩码分别为192.168.1.254/24和192.168.2.254/24,详细配置过程参见实验3单臂路由器实验中路由器配置。
分别为pc1和pc3配置IP地址和子网掩码为192.168.1.10/24和192.168.1.20/24,网关均为为192.168.1.254,为pc2和pc4配置IP地址和子网掩码为192.168.2.10/24和192.168.2.20/24,网关均为为192.168.2.254。
配置完毕,用ping命令测试,结果pc1、pc2、pc3和pc4互通。
五、教学效果评价
对实验教学效果的评价是整个实验教学设计中不可或缺的环节,是检验实验教学目标是否达成的重要手段。[2]实验教学效果评价的方法很多,本实验我们采用的方法为实验过程观察、书写实验报告和问卷调查,问卷调查内容为:(1)你是否喜欢这种实验教学方式?(2)你对本实验课满意度如何?(3)你认为本实验课的优点是什么?缺点是什么?(4)本实验课你的主要收获是什么?
实验过程中,同学们的思路都比较清晰,每个实验从开始到结束以及中间环节等均安排合理,绝大多数同学在规定的实验学时内都能完成实验。实验后同学们都按照自己的想法写出了翔实的实验报告,从他们实验报告的技术对比分析中得出了各种技术的优劣。
从问卷调查结果来看,大多数学生非常喜欢这种实验方式,对本节实验课比较满意。绝大多数同学均认为本次实验真正体现了实验的作用,在实验中它们对三个传统VLAN实验项目有了新的认识,进一步加深了对VLAN理论知识的理解。从这里,我们可以看出学生对本实验课给予了充分的肯定。?筅
参考文献:
[1]南国农,李运林.电化教育学(第二版)[M].北京:高等教育出版社,1998.8:239-259.
[2]米伟娜,王海燕等.基于Boson Netsim虚拟平台的vlan实验教学设计[J].现代教育技术,2008,18(10):121-124.
[3]神州数码(北京)有限公司.DCS3926s以太网交换机使用手册. http://networks.digitalchina.com.2004.3.
[4]神州数码(北京)有限公司.DCRS5526s以太网交换机使用手册. http://networks.digitalchina.com.2003.11.
实验技术员 篇6
1 当前实验教学中存在的主要问题
1.1 实验技术队伍得不到壮大和提高,实验教学质量偏低
首先,长时间来在各大高校中形成了重理论轻实践的世俗偏见,造成实验教学地位低下,不少老师不愿意上实验课,导致实验技术人员缺少;另一方面,一些高校没有把实验教师队伍建设和理论教师队伍建设放在同等重要的位置来抓,没有从政策上一视同仁,实验教师在学校编制中往往走的是教辅系列,导致高学历人才不愿意进入实验室,实验技术队伍得不到及时扩大和提高。而在职实验人员又缺少进修的机会,高职称人员比例偏低。这些就成为了造成实验教学质量不高的一个不容忽视的问题。
1.2 实验课程设置不合理,实验室使用率偏低
实验课程设置往往是因理论课而设定,一个实验室仅为一、两门课程服务,实验教学其实只是理论教学的补充、验证和延伸。(例如我校力学实验中心实验课程仅为《工程力学》和《材料力学》而设定)这样久而久之就造成了实验室功能单一,设备和房屋的使用效益低下,同时也削弱了实验教学在整个教学体系中的地位。
1.3 实验教学内容陈旧缺乏改革
一些高校实验教学内容,几十年一贯制,很少变化,而且以验证性实验为主,设计性、综合性实验少,这样实验重复率高,意思不大,学生的动手能力和独立思考能力得不到提高。同时一些重复率高的验证性实验耗材也很大(如力学实验中低碳钢的拉伸、压缩、扭转及铸铁的拉伸、压缩、扭转全校开设这样实验的班级每学年近100个班级,按每个班级分五组进行每根材料的加工费按10元计算,仅这两种材料的验证性实验每年耗资约3万元)。
1.4 实验教学管理不合理,学生积极性、主动性不高
一些高校的实验课程大部分依附于理论课程并非单独设课,这些实验课程一般没有独立的、明确的学分和学时。实验课的考试、考核成绩在相应的课程中仅占很小的比例,学生往往通过了理论课的考试,实际上就取得本门课程的成绩。学生往往养成实验课可有可无,平时实验只是看个热闹,实验成绩的好差不会影响本门课成绩的高低。这样也就养成了学生对实验课的态度很随便,在实验过程中缺乏积极性、主动性。
显而易见,针对以上存在的问题,加强高校实验技术队伍建设与管理,势在必行。
2 实验技术队伍建设和实验室管理措施
2.1 改变传统观念,合理定编,发挥团队作用
首先,要彻底扭转传统观念,从过去的知识教育为主向培养创新精神、实践能力为重点的素质教育观念转变,处理好知识与能力的辨证关系。摆正实验教学在整个教学体系中的位置。
其次,学校要把理论教学和实验教学两手抓,从根本上关心实验教师,对其进行合理定编。按照实验工作中“实验教学”、“实验教学准备”、“实验仪器设备维护与管理”这几个环节可以把实验室工作人员划分为以下几个岗位:“实验教师岗”、“实验管理岗”、“实验技术岗”。实验教师岗主要负责实验课的教学和实验课的改革和研究工作,他们应享受和理论课教师同等待遇;实验管理岗主要负责实验教学前实验设备的准备及实验室资料收集整理工作,需要坐班,他们享受行政管理岗同等待遇。实验技术岗主要负责实验室仪器维护和管理工作,他们可享受教辅待遇。实验室工作人员可根据自己的能力选择自己的岗位,经学校鉴定后聘任上岗。这样可以各尽其职,充分施展自己的才能。学校也可根据岗位引进相应的人才。对于某些空缺的岗位,也可由有能力的人兼担,但学校要给出合理的分配方案来补贴这些身兼数职的人员,应多劳多得。如果学校能这样实施那么必定也可以引进到高学历的人才充担到实验教学和实验教学改革与研究的队伍中来。同时也要制定好相应的培养计划以便提高实验队伍的整体素质。
2.2 合理设置实验课程,充分发挥实验室应有的作用
要改变以往实验教学依附于理论教学而带来的弊端,建立与理论课互相联系又相对独立的实验教学体系,首先,对与量大面广的实验要考虑单独设课(如大学物理实验、化学实验,对于工科院校而已力学实验也是面向全校的,也要考虑单独设课)。其次在实验安排上尽可能开设综合性、设计性实验,最大限度的减少验证性实验。对于那些投资很大但又不可缺少的验证性实验(如力学实验中低碳钢的拉伸、压缩、扭转及铸铁的拉伸、压缩、扭转等实验)可以采用展板的形式显示这些材料在拉伸、压缩、扭转时表现的力学性能,学生想了解断口情况可以来展板上查看,并配有多媒体模拟实验过程,给出实验数据。如果学生对此实验感兴趣可以和实验室工作人员联系,到实验室来做实验。这些工作可由实验管理岗人员负责,实验室对全校开放。这样不仅减小了验证性实验的开出,增加了实验室的开放面,同时也为学校节约了不少实验耗材开支。实验室可以把重点工作放在设计性、综合性实验的教学和研究中来,这样才能充分利用实验室,充分利用实验室现有资源。设计性、综合性实验的开出,才能真正锻炼学生的动手能力,培养他们独立思考的习惯。
2.3 完善实验考核制度
实验成绩可以分几步给出,实验室要改变以前教师手把手的教学模式,实验所用仪器设备均由实验教师准备好,在实验中出现的问题都由实验教师解决,学生只关心实验数据正确与否。例如力学实验中的电测实验,一般实验中电路实验教师实验前均已接好,学生到实验室只管加载记数据,这样并不能真正锻炼学生的动手能力,同时他也没法真正理解桥路的接法。如果实验教师把这一步留给学生,让他自行设计电路不仅可以锻炼其动手能力,也可让他真正融入到实验中来,加强他对实验的兴趣,而且可以让他更深层次的理解电测法,老师可以在这个过程给与指导。老师根据学生在实验过程中的表现给出相应的平时分数。
加大实验考核力度。在教学计划中,除对单独设课的实验要有单独的学分外,对目前仍依附于理论课的实验要加大实验成绩在理论考试中卷面中的比例。对于那些实验成绩不合格的同学也可采用重修或不能参加理论考试等办法。
建立实验奖励制度,为了充分调动学生对实验的积极性,学校可以设定一个奖励制度,对于那些能自主设计实验,肯动脑的学生给与奖励,这样不仅可以激励学生进一步学习科学实验理论与实验技术的热情,更重要的是改变了传统重理论轻实践的观念。例如或得此奖的同学可以在年终评优中给与一定的加分。
参考文献
[1]郑超美.关于改革实验教学模式的若干思考[J].华东冶金学院学报,2000(6).
[2]刘永德.加强实验技术人员考核提高队伍素质[J].实验室研究与探索,2005(4).
实验技术员 篇7
高校实验技术人员是教学、科研队伍的重要组成部分,与教师一样肩负着培养人才的任务。他们思想活跃,知识水平较高,也能吃苦,但是,现在很多新进实验员不明确自己的本职工作是干什么,自己又在实验教学中扮演了怎样的角色,以至于教学教辅不能很好的合作,影响了教学的顺利进行。
1 实验员的工作和角色
实验技术人员不仅是专业技术人员而且是教师还是管理员,在高校教学中担任着特殊的角色。因此在实验教学过程中,实验员应妥善处理好自己的角色,适当的时候,角色转换。作为一名实验技术员,职责是辅助教学,为教学服务,提供一个优质流畅的实验环境和过程;作为一个教师,又担负着指导学生实验,协助教师完成实验工作的责任;作为一名管理员,还得管理好实验室的帐,物,卡。
1.1 实验前的准备
为了保证实验课的顺利进行,实验员每次上课之前都要认真准备,严谨对待,力求做到精益求精。一个良好的实验室环境无论对实验仪器的保养还是对学生的实验操作都很重要,首次实验课前要彻底打扫室内卫生,确定实验室水、电是否安全、正常可用。其次要严格检查、调试实验室仪器,排除故障,准备好实验中将要用到的各种材料、元件等。最后,实验员在实验前一定要按照实验讲义预先做一遍,测出数据,计算出结果,做到心中有数。有时由于班级人数多等原因,还需进行班级分组,安排时间,这也是实验员在实验前应考虑并做好安排的。
1.2 实验中的工作
实验过程中,实验员要引导学生桌面保持干净,仪器安全使用。在具体实验时,应多给学生动手动脑的机会,学生们能解决的问题要自己解决,解决不了的应该以商量探讨的口气与学生共同研究,找到解决的办法。尤其要启发学生多动脑,勤发现。值得一提的是,实验教学中,实验员必须坚守实验室,一方面辅助教师的实验教学,如遇突发仪器故障等事件,可以立即检查、维修,排除故障,保证实验的顺利进行;另一方面,实验室内器材、元件大多放于方便取拿的地方,实验员蹲班实验室可以减少人为损坏或丢失现象的发生。
1.3 实验后的整理
实验结束后,引导学生将所有仪器检查一遍并且逐一关掉,整理实验中所用到的器材,收回下次实验不用的模块,工具等。清点仪器数目,清擦所有仪器,清洁实验室卫生。断水断电,锁紧窗户后组织学生离开,关好实验室的门。这些看起来琐碎细小,无形中却表现了一名合格实验员应具备的基本素质和工作素养。
1.4 仪器的维护保养
养成良好的安全、卫生、工作习惯对实验室管理非常重要,实验员应在平时对仪器进行定期检查、维修和养护,这样才能使实验室在教学中发挥出应有的作用。对实验仪器的管理更应该多留心多观察多动脑,注意细节,讲究方法,如:
1.4.1 仪器摆放合理。
摆放仪器时,可以根据仪器的高低大小,按照从左至右,从低到高的顺序摆放。如通信原理实验,所需实验仪器就达六个之多。可以根据仪器大小和使用频率,摆放位置如下图。
这样做,可以在有限的实验桌上解决仪器过多、摆放杂乱、信号线容易拉错等问题。
1.4.2 仪器存放分类。
在满足实验的前提下,实验室内仪器尽量避免和其他实验室仪器混放,乱拉。实验室内将仪器归类,同种同类放一处,不同种类不同用法的分开存放。
1.4.3 仪器管理规范。
一是仪器投入使用前进行编号、入明细账,做到物、卡、帐相符;二是教师、学生使用时必须履行手续,按实验通知单上填写的内容发放,按时收回,发现情况及时处理,需要维修的及时报修。如破损无法维修进行登记并要求赔偿。
1.5 服务教学
作为实验员,服从于教学是最基本的工作职责。他们的工作对实验教学起到了根本的保证作用,保证实验室工作的正常进行,保证实验教学的质量。实验员只有热爱本职工作、不怕苦不怕累、具有较强的事业心和责任感,对工作全身心地投入才能做好实验室工作。在知识经济时代,要求每个实验技术人员都要不断更新自己的知识,把终身学习作为自己生活的一部分,不断接收新信息,不断掌握新知识、新技术、新方法并应用于实验教学之中,切实提高实验教学水平。这样才能做好自己的本职工作,更好的服务教学。
2 结语
高校实验技术人员不仅是实验教学的重要承担者,也是实验教学管理、仪器设备管理和实验室建设的主要参与者,仪器设备的验收、进出、帐卡、物的管理与维护保养、低值易耗品的申请采购与保存、教学实验的准备与收尾、实验室安全环境与卫生等具体的大大小小的事情都集中在一人身上,因此,实验技术人员的工作不仅包括台前也包括幕后,他既要学会做知名人士,更要学会做无名隐士。实验员要勇于敢于勤于充当配角,处理好自己的角色,做好自己的本职工作,协助教师完成实验教学。
参考文献
[1][美]林格伦.课堂教育心理学[M].昆明:云南人民出版社,1983.
[2]柯伟平,等.建立一支稳定的高水平的实验技术队伍[J].实验技术与管理,2001,18(1):129-130.
[3]朱德忠,江涛.加强实验室工作力度,培养高素质创新人才[J].实验技术与管理,2001,18(3):79-82.
[4]肖士斌,胡福林,陈远铭.强化实验队伍建设促进实验室可持续发展[J].实验室研究与探索,2003,(6).
实验技术员 篇8
传统的电工电子类实验室存在投入高、维护费用高、易受时间与地点限制等问题,影响了教学质量。实验室教育是高等院校工科教育的重要组成部分,是学生验证学科理论、加深课堂记忆的重要环节。随着信息和电子技术的发展,各种形式的实验室实践模式也在不断地丰富和完善,不同模式的选择将对工程教育的经济和效率产生重要影响[1,2]。虚拟远程实验室以计算机为平台,用户通过网络远程登录虚拟远程实验室进行实验。相对于传统动手实验室,它更为廉价和安全,用户得到的结果是经过程序计算得到的理论值,用户的重复实验将得到相同的实验结果,减少了处理实验误差的时间和精力,有利于加深对实验操作和实验结果的记忆,此外,虚拟远程实验室以其较低的设备场地需求和较高的实验室利用率成为缓解工程实验室教学资源压力的新选择[3]。国内外对虚拟远程实验室已经进行过研究与开发,如华中科技大学开发了互动型数字逻辑虚拟实验教学平台[4],并在其基础上开发了单片机原理、微机原理、计算机组成原理和接口技术等虚拟实验。美国的加里福尼亚大学伯克利分校开发了虚拟网络实验室(VINT)[5],用于网络协议的研究与开发,较好地解决了系统结构和系统建模问题。目前国内外在虚拟远程实验的研究方面虽然已经取得一些成果,但是成熟的商业平台不多。随着软件技术和虚拟现实技术的迅速发展,开发统一的虚拟实验平台已经成为一种发展趋势。
本研究采用Adobe Flex技术搭建虚拟场景操作平台,基于Python Twisted网络框架开发监控程序,利用Modelica技术实现电路仿真求解,建立包含浏览器端,管理端和实验端的统一虚拟远程实验室平台,并在此基础上开发数字电子技术学科的实验。
1 系统结构
虚拟远程实验室是基于B/S(Browser/Server)结构的远程综合实验系统,用户可以通过电脑以远程登录的方式登录虚拟远程实验室系统,选择实验项目,通过虚拟器件列表选择器件,并搭建虚拟电路进行相关的实验,还可以通过该系统进行数据分析和撰写在线实验报告。另外,由于器件的虚拟特性,用户可以任意搭建电路,而不用担心传统实验中的器件损坏问题,用户可以大胆进行创新尝试。
虚拟远程实验室由3部分组成,分别是浏览器端、管理端和实验端。其总体结构如图1所示。
浏览器端的物理载体为用户使用的计算机,浏览器端是结合Ajax技术和Adobe Flex技术开发出来的Flex插件操作平台,用户在该操作平台进行具体的实验操作,是用户唯一直接接触的虚拟远程实验室部分。
管理端的Web服务器、数据库服务器和实验服务器分别由3台服务器运行。Web服务器使用Apache Tomcat开源产品,包含了Flex插件和Web页面其余内容,数据库服务器使用Oracle,用于记录用户信息和存储实验信息。实验调度服务器使用基于Python Twisted网络框架搭建的服务器程序,时刻监听用户的实验请求,包括用户选择的虚拟器件和搭建的实验场景数据,将接收到的虚拟器件和实验场景数据分配到实验端计算集群中的一台计算服务器,计算服务器启动仿真进程,将仿真结果通过实验调度服务器回馈至用户浏览器端。管理端的3台管理服务器连接在同一个局域网中,确保了数据传输的实时性和可靠性。
实验端包含一系列计算服务器,负责仿真计算由管理端发来的数据。每个服务器上运行一个监控进程,负责监听仿真实验请求和管理仿真计算进程。监控程序基于Python Twisted网络框架开发,仿真程序使用Java开发接口模块,电路仿真求解基于Modelica技术实现。
2 内部机理
虚拟远程实验室浏览器端、管理端和实验端的内部逻辑拓扑结构如图2所示。浏览器端由许多用户节点组成,每个节点代表一个实验请求。浏览器端程序由3个部分组成:Web入口、实验插件和数据交换层。Web入口模块管理用户登录,实验插件模块提供用户的操作平台,数据交换层使实验流程的数据通信模块成为单独的模块,以此提高实验插件模块的内聚性。
2.1 浏览器端内部机理
虚拟远程实验室浏览器端页面分为两部分:登录页面和工作空间页面,工作空间页面是浏览器端的核心设计,包括实验操作按钮栏、管理菜单栏和虚拟场景操作平台。下面主要说明虚拟场景操作平台的内在机理。
用户在虚拟场景操作平台搭建虚拟场景,因此操作平台需要有很好的交互性能,这种交互性能由用Flex技术编写的浏览器插件实现。Flex采用MXML设计页面样式,MXML是基于XML的Flex的标记语言,本研究采用ActionScript描述业务逻辑,并由开发工具编译成完整的二进制swf文件,在浏览器上随网页一同下载后由浏览器端的Flashplayer执行[6]。
虚拟场景操作平台(如图3所示)包含3个部分:器件列表、实验桌和实验工具栏。器件列表中显示当前实验可供使用的元器件,实验桌提供连接元器件的平台,工具栏提供相应的配置按钮。每个元器件都有一个属性面板,测量仪器仪表类元器件还有虚拟仪器面板用于显示实验结果。
(左图为真实外观,右图为按组成部分绘制的页面布局)
实验桌上的元器件用基于SVG(可伸缩向量图形)技术的矢量图显示。SVG是使用文本(XML语言)定义的二维图像[7],图像的属性由文本内容定义,图像的外观由SVG显示模块根据图像属性渲染而成。用户可以在inkscape软件中绘制所需的图像,软件中会自动生成图像所对应的XML文本,改变SVG图像的大小和颜色只需修改相应的文本属性即可,因此非常适于交互性要求较强的操作平台。
操作平台内部的业务逻辑由ActionScript语言描述。主要的功能子模块分别为:
(1)器件建模。用户在操作平台中选择不同的实验元器件,使用导线将其互连,最终形成一个待运行的实验场景。实验场景包括3种不同的对象:实验元器件、元器件上供连接的端口、导线。这3种对象即为器件建模的3个子模块。
(2)SVG渲染。用户使用鼠标将实验元器件从器件列表中拖至实验桌,当鼠标松开时,实验桌会在鼠标所在位置渲染出相应元器件的外观,这一步工作由SVG渲染子模块完成。
(3)连线绘制。根据自身的特性,每个元器件拥有一定数量的“热点”,即可供导线连接的端口,具体数量和位置将在元器件模型中定义。当用户鼠标移至热点位置时,鼠标指针附近会亮起红色标识以指示可以连接导线。这些端口可以引出导线或者接受导线连接。该功能由连接绘制子模块完成。
(4)场景抽象。用户完成实验场景的装配后,操作平台会将其转化为可供实验端仿真的数据格式。场景抽象子模块将按照规范的格式把元器件属性信息和连接信息组合成实验场景数据。
(5)实验操作接口。实验操作接口子模块实现操作平台和外界的通信。这些操作接口主要包括保存实验场景、清除实验场景、恢复实验场景、运行实验场景、设置实验结果等,由数据交换层从外部调用。
2.2 管理端内部机理
管理端的核心是实验调度模块,主要负责实验任务的调度和实验结果的传递,其处理请求的能力决定整个系统的性能。
实验调度模块基于成熟的网络框架Python Twisted开发。Twisted是由事件驱动的网络框架,由程序与外界的相互过程决定。基本结构是:先设计一个事件循环,在循环中查询待处理事件并将事件分配到相应的业务单元处理,系统包含许多业务单元,每个单元负责处理一个由外部触发的特定事件。Twisted框架为系统提供了完备的模块,包括用户界面、网络协议、网络服务器模块、数据库、安全认证等等。
2.3 实验端内部机理
实验端由一系列计算节点组成,每个节点均受实验调度子系统的调用,接收到实验调度子系统的实验场景数据后进行仿真计算。计算节点上有计算监控子系统和仿真计算模块。计算监控子系统也采用Twisted框架实现。仿真计算模块采用统一的物理系统建模语言Modelica[8,9,10,11]。
Modelica使用统一的面向对象语言描述系统构成单元的逻辑关系,用代数和微分方程描述数学关系,用统一的求解方式自动获得仿真结果,无需用户自行处理。虚拟远程实验室的仿真计算选择了开源免费的Modelica建模和仿真环境OpenModelica[12]。OpenModelica提供了内容丰富的模型库和功能强大的模型求解编译器OMC。Modelica模型的文件后缀是mo,编译器OMC将mo文件编译为exe可执行文件,可执行文件将采用数值计算的方法求解mo系统模型。
本研究采用Modelica进行虚拟实验仿真,包含3个环节:首先从虚拟场景操作平台左侧的器件列表选择元器件,即选择构件模型;然后将元器件互相连接形成实验电路,即创建系统模型;最后将实验电路场景发送至实验端进行仿真求解,即求解系统模型。这3个步骤中只有第2步是用户完成的,其余两步均由虚拟远程实验室自行完成。
3 实验展示
目前本研究已研发出4门基于虚拟远程实验室的具体实验:半加器电路、全加器电路、8421转余3码电路、8421码加法器电路。下面笔者以半加器实验为例,进行实验展示。
用户在实验列表中选择数字电子技术实验后,该页面将从服务器下载实验插件,当实验列表右侧的虚拟场景操作平台显示出来以后,用户就可以进行虚拟实验了。首先用户根据实验目标从操作平台左侧器件列表选取实验元器件,然后拖至右侧实验桌,并连接实验电路。
半加器只考虑被加数和加数的相应位相加,而不考虑相邻地位的进位。因此,电路的输入仅仅为被加数Ai和加数Bi,而输出为和数Si和向高位的进位Ci。输入输出电位关系参考如表1所示。
本研究根据半加器原理图,选择器件并搭建电路,如图4所示。连接完虚拟电路以后,用户可以点击“运行场景”按钮,系统自动将实验电路场景发送至实验端进行仿真求解,然后将结果返回,用户可以通过操作场景看到实验结果。实验结果如图5所示,当Ai,Bi分别输入1和0,用户点击运行场景按钮后,得到的结果为Si为1(指示灯亮),Ci为0(指示灯灭)。
4 结束语
虚拟远程实验室通过Flex、Python Twisted网络框架和Modelica语言等技术实现了具有良好的可扩展性和交互性,且集仿真、创新设计和高效管理于一体的统一虚拟实验平台,解决了传统动手实验的不足,统一了虚拟实验平台。
当然,虚拟远程实验室还有不足之处,即不能实现用户之间即时的通信交流,不利于达到合作学习的目的。在今后的研究中,笔者将重点加入即时通讯的功能,以实现更好的效果和使用价值。
随着我国科技的迅速发展,对工程技术人员素质的要求进一步提高,虚拟远程实验室以其方便有效的实验方式为企业和高等院校提供了更有利的实验平台。
参考文献
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实验技术员 篇9
学习网络技术，理论较多，实验动手较少，成班建制的教学实验条件不足。一种情况是因为考虑安全起见，学校机房一般都安装有保护卡，重新启动后数据或文件不能保存在电脑中。而有些网络配置必须要重新启动计算机才能生效。第二种情况，用几台PC联网，虽然可以完成一些实验，但每位同学只能担任实验中的一个脚色。第三种情况是安装多启动系统，但是在一个时刻只能运行一个系统，且在系统切换时需要重新启动机器。
VMware workStation是一款虚拟机软件，利用该软件能够在一台物理计算机上虚拟出一台或多台计算机，进而能够同时运行两个或多个操作系统，VMWare是真正“同时”运行，多个操作系统在主系统的平台上，就象标准Windows应用程序那样切换极其方便;还可以利用虚拟出的计算机组建网络，可以通过网卡将几台虚拟机用网卡连接为一个局域网，实现单机内的网络环境结构，如图1所示;而且每个操作系统都可以进行虚拟的分区、配置而不影响真实硬盘的数据。将这款软件应用于网络技术实验教学，可以在现存条件下提高教学效率，节约教学成本。
2 虚拟机相关概念
虚拟机就是虚拟计算机，简称“虚拟机”。指通过虚拟机软件在一台计算机上模拟出来的若干台可以独立运行且互不干扰的多个具有相同或不同操作系统的计算机。通过虚拟机技术可以在单一的硬件环境之上，创建若干个虚拟计算环境(虚拟机)，每一台虚拟机都与真实的计算机类似，每个虚拟机将一台仿真的、完整的计算机提供给用户(包括仿真的CPU、内存、总线和硬盘等)，虚拟机之间相互隔离，用户之间互不干扰。
VMware是一个虚拟机软件，它在一个操作系统上虚拟出多台虚拟机环境，从而可以在一台物理机器上同时运行多个操作系统。运行VMware的平台称为主系统或服务器，在VMware上运行的系统称为子系统或客户机。从子系统的角度来看，它是一个完整的系统;从主系统的角度来看，每个子系统分别是一个软件应用进程，每个子系统的硬盘就是一个大的文件或者分区。子系统运行时占用主系统的部分内存和CPU时间，只要内存和计算速度允许，VMware可以在一个主系统上同时运行多个子系统并与主系统共享一块网卡。各个子系统都有一个虚拟网卡和相应的网卡驱动，如图2所示。各子系统之间通过虚拟网卡相互通信，如果把子系统的虚拟网卡设置成Bridge方式，各子系统还可通过主系统所在的网络与其他网络上的机器通信，如访问互联网等。由此可见，利用VMware可以让一台机器实现一个局域网的功能，可大大节省硬件设备和物理空间，且管理方便，安全性也高。同时利用VMware还可以虚拟出多种类型的操作系统，如Windows2000、XP、Server,Solaris,Linux,FreeBSD等，特别适合做网络技术实验。
在虚拟网络中，各虚拟系统与主系统按静态的方式占有物理机器的内存。它们都是在虚拟系统启动前，根据各VM的配置参数来使用物理机器的内存。例如有4个VM组成的虚拟系统，如果每个VM占用256MB内存，则整个虚拟系统将至少占用物理机器1024MB的内存，仅对内存有一定的要求，硬件成本较低。
在虚拟环境中，各虚拟机之间相互独立而又共享同一台物理机器。各VM之间及VM与服务器之间不构成任何威胁，因为它们干净地封装了正在运行的系统的整个状态，包括用户层应用程序及核心层操作系统服务。每个VM系统仅为硬盘上的一个文件或一个分区，如果VM系统受到入侵或病毒攻击导致系统崩溃，可以简单地删除相应文件，重新启动系统的拷贝便可迅速恢复系统，管理非常方便。
综上所述，该技术最大的优点有两点：一是具有更高的安全性，通过在主操作系统中安装虚拟机。然后又在虚拟机中安装另外的操作系统，安全性大大加强;二是可移植性很好，该虚拟机中的Linux操作系统在主操作系统中只是当做一个文件存在，只要在另外的计算机中安装一个虚拟机软件，然后将这个文件拷贝到该计算机中即可，不用再重新安装操作系统，也不用再去配置服务器等工作。
3 构建虚拟网络环境
3.1 建立一个新的虚拟机
通常用的方法是用VMware向导建立虚拟机，如图3所示，搭建过程通过可视化的页面，使用向导可以建立起来。
装好以后去看看虚拟机的硬件状态会发现所有的硬件都工作正常了，其实只要你的真实系统里的硬件驱动都安装好了，VMware就会在虚拟机里也安装好的。到此为止，安装虚拟机的工作已经完成。
3.2 配置安装好的虚拟机
配置虚拟机，就是对已经装好的虚拟机的内存容量，硬盘大小和数量，网络类型等进行修改，这样可以很灵活地满足教学需要。
3.3 配置虚拟机的网络
有虚拟机是不够的，我们需要使用虚拟机和真实主机以及其他的虚拟机进行通讯。通讯分两个部分，一个是局域网内的，另一个是连接到公网的。
3.3.1 桥接(Bridged)模式
真实主机在一个以太网中，这种方法是将你的虚拟机接入网络最简单的方法。虚拟机就像一个新增加的、与真实主机有着同等物理地位的一台电脑，桥接模式可以享受所有可用的服务;包括文件服务、打印服务等等，并且在此模式下你将获得最简易的从真实主机获取资源的方法。在主机所处网络上客户机显示为和主机一样的一台额外的计算机，它与主机在主机所处网络上的地位是平等的。外部网络和虚拟机可以互相访问。
3.3.2 网络地址翻译(NAT)模式
NAT(networkaddresstranslation)模式其实可以理解成为是方便地使虚拟机连接到公网，代价是桥接模式下的其他功能都不能享用。凡是选用NAT结构的虚拟机，均由VMnet 8提供IP,gateway,DNS。客户机与主机之间通过地址转换进网络通讯，客户机可以把主机作为NAT设备，通过主机代理上网，使用这种方式网络内其他机器不能访问客机，客机可通过主机访问网络内其他机器。
3.3.3 仅主机(Host-only)模式
Host-only模式用来建立隔离的虚拟机环境，这这种模式下，虚拟机与真实主机通过虚拟私有网络进行连接，只有同为Host-only模式下的且在一个虚拟交换机的连接下才可以互相访问，外界无法访问。hostonly模式只能使用私有IP,IP,gateway,DNS都由VMnet 1来分配在主机上建立了一个独立的私有网络，客户机与主机可以通过虚拟私有网络进行通讯，只有同为Host-only模式并且属于同一个虚拟交换机的虚拟机才可以互相访问，而外部网络和客户机不能通讯。此外，也可以把客户机设置为不使用网络连接的方式，新建的客户机将没有办法与其他的客户机或计算机联网。如果想在hostonly模式下接入Internet，只能使用ICS和代理。
4 结束语
随着网络技术的发展，构建网络技术实验平台，是完成网络技术的教学工作必不可少的基石，硬件实验室可以部分解决此类问题，但是造价高昂，且对成班建制的网络技术实验教学支持较差。在这种情况下，虚拟机作为一种新网络技术实验平台为教学提供了方便、高效的验证和分析。由于VMware虚拟机软件所具有的在单机上同时运行多台客户机以及其安全性和便利性的特点，将其应用于网络技术实验教学。教学实践证明，将VMware虚拟机技术应用于计算机网络技术实验教学可以有效扩展教学实践手段、极大地提高了教学效率。
参考文献
[1]Sandeep Singhal,Michael Zyda.网络虚拟环境设计与实验[M].潘金贵,译.北京:电子工业出版社,2006.
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[3]席洁.网络虚拟实验的构建与思考[J].宁波工程学院学报,2007,19(4):92-95.
实验技术员 篇10
关键词 初中物理；虚拟仿真技术；实验教学
中图分类号：G633.7 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2016）05-0159-02
1 前言
随着现代科技的快速发展，计算机和互联网等技术在教育领域里得到广泛推广、普及和应用，这为传统的初中物理实验教学注入新鲜的血液，增强了实验教学的效果。虚拟仿真实验技术是当前科学前沿技术在初中物理实验教学中运用的具体体现，可以突破实验仪器和设备不足等教学限制，帮助学生直观、形象地模拟各种物理实验的操作过程，有利于促使学生积极投入实验教学中来，不断提升实验教学效率。
2 虚拟仿真实验技术软件分析
仿真物理实验室 仿真物理实验室是一款针对中学物理课堂开放性而设计的专业物理学习软件，可以为学生提供完善的综合实验室，更好地实现各种物理演示实验，有利于学生更好地验证自己的实验猜想。比如可以为学生提供一个包括平面角、凹凸透镜和棱镜等物理模型在内的光学实验室，使师生按照自己制订的实验方案来自行构建各种实验模型，探究有关的物理规律。学生可以借助光学实验室来合理构建凸透镜成像模型，以发现和归纳出凸透镜成像的具体规律。另外，该种虚拟软件具有较高的集成度，并且易于操作，可以使学生便捷地进行各种物理实验，真实性比较强。
MATLAB仿真软件 MATLAB仿真软件是一款用于数据可视化、分析与计算的计算机软件，广泛应用于工程计算以及图像、通信与信号处理等领域中，并且主要包括MATLAB和Simulink两个部分。与仿真物理实验室这款仿真软件相比，MATLAB仿真软件具有比较强的灵活性，更加有利于构建有关的实验模型，同时其界面比较简洁，有利于编程，另外还有集成度高、数据处理能力强等优点，是一款功能非常强大的仿真软件。
3 虚拟仿真实验技术软件的具体应用
在测量型实验中的应用 测量型实验是初中物理中一种基本的实验类型，步骤比较简单，所用设备也比较容易获得；但是针对那些比较复杂的测量实验而言，无法使学生在真实的实验环境下进行。借助虚拟仿真实验技术软件的合理运用，可以帮助学生更好地观察有关的物理实验现象。
以“伏安法测小灯泡电阻”为例，就虚拟仿真技术软件在物理实验中的具体运用进行分析和探究，以帮助学生更好地掌握测量小灯泡电阻的方法。首先，在仿真实验开展之前，物理教师需要先让学生明确本次实验课程开展的主要目标，并要使学生掌握电流表和电压表测电阻的方法，以便学生可以借助欧姆定律的合理运用来测量有关的电阻值。而在具体的模拟仿真实验开展中，物理教师可以采用边讲解边进行虚拟实验的方法和手段，引导学生根据欧姆定律原理来连接软件中的各种实物电路图，接着要求学生通过鼠标滑动变阻器的划片来改变电阻数值，并要记录对应的电流和电压数值，最后引导学生绘制出小灯泡电阻的伏安特性图，从而使学生更好地发现和掌握有关的物理规律。
在探究型实验中的应用 探究型实验也是高中物理中一种常见的实验类型，其重在培养学生透过现象看本质的能力，以便让学生养成科学的探究精神和意识，有助于使学生更好地发现有关的物理实验规律。此外，探究型实验的开展也可以使学生针对具体的物理问题采用不同的实验来加以解决。在真实物理实验开展过程中，因各种外界因素的影响，物理实验方案有可能无法顺利实施，所以可以借助虚拟实验的引入来解决这一问题。教学实践表明，虚拟实验教学的效率更加有利于实验目标的完成。如在凸透镜成像规律的探究型试验中，光线的影响对于实验观察的效果具有较大的影响，而如果没有准确的实验结果，更谈不上实验规律的有效总结。此时可以在实验开展过程中应用虚拟仿真实验技术软件，确保探究实验开展的质量。
下面以凸透镜成像规律的探究为例，就虚拟仿真实验技术软件在探究型物理实验中的运用进行分析和探究[1]。
首先，物理教师可以引导学生观察在实际生活中存在的各种与凸透镜有关的现象，并提出有关的探究性问题，比如物距大小是否会对成像产生影响？具体特点是什么？接着物理教师需要引导学生结合自己的猜想来设计有关的探究性实验。然后，物理教师鼓励学生将自己的实验思想借助仿真软件来进行检验，并记录试验中的各种数据结果。最后，物理教师让学生根据分析所得到的各种数据来帮助学生更好地归纳出凸透镜成像的规律。另外，通过虚拟仿真实验技术软件运用，为学生排除其他影响实验结果的客观因素，比如室内光照情况等，从而可以使学生全身心地去探究有关的实验结论[2]。
在演示型实验中的应用 演示型实验也是一种比较常见的物理实验形式，其可以帮助学生更好地理解有关的物理知识、规律和原理，深化学生对于这些知识的理解和认识。但是在当前的初中物理教学过程中，因班级人数过多，部分学生可能因距离过远而无法清晰地观察教师所做的各种物理实验，部分甚至可能会因为观察不清楚而发牢骚或在课堂上公然睡觉等。虚拟仿真实验技术软件可以有效地解决上述学生观察不清、缺乏学习物理知识兴趣的问题，也可以解决那些受外界环境因素影响大的演示型实验效果不理想的问题，增强学习的效果。
如针对光的反射实验，物理教师可以借助光的反射演示实验来帮助学生更好地了解和掌握反射定律。但是影响自然光的反射实验效果的因素比较多，物理教师开展演示实验的效果不是非常理想。虚拟仿真实验技术软件在其中的运用则可以有效克服这个问题。首先，物理教师可以引导学生借助仿真软件平台来演示光反射现象，激发学习物理知识的兴趣，帮助学生根据有关的现象来自行设计实验去总结和验证反射定律，从而提高课堂演示实验的应用质量。
虚拟仿真实验技术软件除了应用于测量型、探究型和演示型等物理实验中，还可以应用于设计型和操作型等类型的物理实验中，并均取得良好的教学效果。因此，在平时的初中物理实验中，物理教师需要以身作则，不断提升自己的专业能力，尤其应用虚拟仿真实验技术软件开展实验教学的能力。还要明确虚拟仿真实验技术软件在实验教学中存在的缺陷和不足，以更好地发挥其教学优势。另外，学校也应该积极进行相关虚拟仿真实验技术软件的引进，满足初中物理实验教学需求。但是为了确保软件设计的科学性，希望有关设计人员必须要加强与一线教师的沟通和交流，从而充分发挥虚拟仿真实验技术软件与传统物理实验教学摸式二者的优势，不断提升软件的应用功能和质量。
总之，虚拟仿真实验技术软件在初中物理实验教学中的运用可以为学生创设一个虚拟的“真实”实验操作情境，有利于激发学生参与实验学习的积极性，调动学生的热情，同时也有助于实验的顺利开展，免受客观因素的影响。因此，在初中物理实验教学过程中，物理教师必须合理运用虚拟仿真实验技术软件来开展教学，还要兼顾传统物理实验教学，从而不断提升实验教学的质量。
参考文献
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光热失调技术的实验研究 篇11
光学薄膜已成为现代光学系统中不可或缺的组成部分, 其性能的优劣直接影响着光学系统的工作性能。吸收损耗是衡量光学薄膜性能的一个重要参数, 特别是在高功率激光系统中, 它已经成为光学系统性能进一步提高的瓶颈。因此, 目前光学薄膜吸收损耗的研究和测量成为该领域中的一个研究热点。在吸收损耗测量技术中, 光热技术由于其非接触性、灵活性、灵敏度高等优点已获得较为广泛的应用, 特别是在弱吸收测量中, 以表面热透镜技术、光热偏转技术等为代表的光热技术已逐渐被人们接受, 在弱吸收测量、微小形变测量等方面发挥了重要作用[1,2,3]。光热失调技术是近几年学者提出的一种可用于光学薄膜吸收损耗测量的方法, 该方法利用测试样品的反射或透射光谱随温度变化而发生漂移的现象, 通过测量光谱带边沿某波长激光反射率或透射率的变化间接研究光学薄膜对加热光束的吸收情况[4,5,6]。在该技术实验测量系统中, 通常采用两束激光的构型, 一束激光作为加热光束, 一束激光作为探测光束, 其中探测激光的波长通常选取在所研究样品反射或透射光谱带的边沿斜率较大位置处, 以便提高测试的灵敏度。理论和实验研究可知, 该技术的光热信号与加热激光的功率成正比, 且与加热光束的调制频率、样品表面两光束光斑的相对位置和探测光束的入射角度等均有关系[4]。前期的研究工作中, 对光热失调技术中反射和透射探测两种方式的光热信号没有进行分析, 同时, 对在实验中加热光束与样品并不垂直 (理论分析都以垂直入射建模分析) 的问题也没有做出分析。本文在前期研究的基础上, 以BK7玻璃为衬底的高反射膜为样品, 以连续激光作为加热光束, 建立实验测试系统, 着重对实验测得的反射和透射光热信号进行分析, 研究加热光束入射角度对光热信号测量的影响, 为光热失调技术的进一步应用提供实验依据。
1 实验装置
图1为光热失调技术的实验系统示意图[4]。波长为532 nm的连续二极管泵浦的激光器 (Verdi V-5, Coherent) 为加热光源, 它的输出功率可以在0.1～5 W间连续调节, 其输出功率用功率计监测, 其输出光束为标准的高斯光束, M2因子的值略大于1.05。经光学斩波器 (SR540, Stanford research systems) 强度调制后, 加热光束由透镜 (焦距为180 mm) 聚焦到样品的薄膜面上。一个5 mW的He-Ne激光器 (25 LHR 151-230, Melles Griot) 波长为632.8 nm作为探测光束。经过光强衰减器后, 探测光束由透镜 (焦距为120 mm) 聚焦到薄膜面上和加热光斑相同的位置。由样品透射或反射的光束经透镜 (焦距为70 mm) 聚焦后照射到光电探测器 (PDA55, Thorlabs) 的接收面上, 当同时测量反射和透射光束的光强变化时, 需用两个型号相同的探测器。反射或透射光的直流和交流部分分别由数字存储示波器 (TDS2012, Tektronix) 和锁相放大器 (SR830, Stanford research systems) 记录。光热失调信号通过交流部分与直流部分的比值来确定。样品上探测光斑和加热光斑的相对位置及样品表面的加热光斑大小可以通过调节固定在三维调节架上的聚焦透镜1来调整。探测光束的入射角度可以通过移动探测光路中反射镜的位置和旋转它的角度来改变。
实验用的样品为532 nm的标准的四分之一波长堆高反射膜, 入射角为0°时的反射率达到99.8%以上。样品结构为[A| (HL) 10H|Sub], 高折射率材料为TiO2, 低折射率材料为SiO2, 基底为BK7玻璃, 采用电子束蒸发的方式镀制。由分光光度计 (lambda 900) 可实际测量实验样品任意角度下的透射谱曲线。根据测试结果, 理论分析可知入射角为28°时, 波长为632.8 nm探测光与光谱反射带长波边缘的优化波长较为接近, 由前期的研究可知, 此时探测的灵敏度较高。因此, 实验中调整探测光波的入射角度为28°, 在此条件下可获得最优的光热信号。
2 实验结果及分析
实验首先研究了加热光功率、加热光束强度调制频率和样品表面加热光斑与探测光斑相对位置对光热信号的影响, 正如前期理论和实验研究结果一样[4], 光热信号幅值随加热光功率的增加而增大, 且保持较好的线性关系;光热信号幅值随加热光强度调制频率的变化情况, 与其他光热技术相似, 在低调制频率区域信号幅值变化缓慢, 在高调制频率区域信号幅值与调制频率的平方根呈反比关系;样品表面加热光斑和探测光斑重合时, 光热信号最大;同时, 当探测光束入射角度从小到大逐渐变化时, 光热信号幅值先增大后减小, 探测光存在一个最佳的入射角度, 当处于该角度时光热信号达到最优。
在前期的理论和实验分析中, 均假设加热光束垂直入射到样品表面, 而实际测量时为了防止样品反射的加热光波回射进入激光器, 引起加热激光器的工作状态出现起伏, 影响测量结果, 通常加热光束以一定角度入射到样品上, 另外, 在光热失调技术中测量反射光和透射光均可以得到所需要的光热信号, 反射与透射光热信号的不同, 以及加热光束的入射角度对光热信号的影响, 均可在上面实验分析的基础上进一步研究。
2.1反射与透射光热信号的比较
实验研究可知, 无论是透射光热信号还是反射光热信号都遵循前期研究的基本结论[4]。图2 (a) 和 (b) 分别是加热光调制频率为129 Hz和125 Hz时的透射和反射测量的光热失调信号波形, 由数字存储示波器记录并存储。实验分析可知, 当加热光强度采用方波调制, 与其他光热方法一样, 在低频区域光热信号波形近似为方波, 在高频区域光热信号波形近似为三角波。由图可以看出, 透射和反射信号的相位完全相反, 透射信号最大时反射信号最小, 反射信号最大时透射信号最大。理论分析可知, 光热信号测得的是探测光波强度的变化, 在相同的实验条件下, 若探测光波透射率增大, 反射率必然减小;透射率减小, 反射率必然增大, 因此, 在实验中测得的透射和反射光热信号出现相位相反的现象。
2.2加热光束入射角度对光热信号的影响
为了研究加热光束入射角度对光热信号的影响, 实验中, 调整加热光束的入射角度, 使加热光束相对于样品表面以较大的角度45°入射, 实验测得的光热信号幅值与加热光功率和调制频率的关系如图3 (a) 和 (b) 所示。
加热光束斜入射时, 光热信号幅值随加热光功率的关系, 其结果如图3 (a) 所示, 加热光强度的调制频率为308 Hz。实验时, 加热光的功率通过调节激光器的工作电流来调整。一般来说, 信号幅值与加热光功率呈良好的线性关系, 但由图可以看出实验结果存在一些偏差。这主要是因为当激光器的工作电流改变时, 由于激光器中YAG晶体的热透镜效应发生了改变, 进而影响到激光器输出光束质量, 也就是说输出功率与工作电流并不是良好的线性关系。需要指出的是为了改变照射到样品上的加热光能量, 采用一个对加热光吸收非常小的变角度的薄膜衰减器[7], 通过调整入射角度来改变通过衰减器的光束能量是个很好的选择。另外, 由于中性的密度滤色片中易存在强烈的热透镜效应, 不易采用它来衰减光强强度。同时, 光热信号的幅值还与薄膜的光吸收率或吸收系数呈正比关系。这些线性关系是光热失调技术能用于测量光学薄膜吸收的基础。图3 (b) 为最优光热信号幅值随加热光强度调制频率的变化情况。与其他情况一样, 在低调制频率区域信号幅值变化缓慢, 在高调制频率区域信号幅值与调制频率的平方根呈反比关系。
由图3看出, 当加热光束以一定角度照射到样品上时, 对光热失调技术中的光热信号随加热光功率和调制频率的变化规律没有影响。
图4为光热信号幅值随两光斑间隔距离的关系, 图中数据为归一化的实验值。由实验结果可知, 在样品表面加热光斑和探测光斑重合时, 光热信号最大, 与前期实验和理论分析结果[4]稍有不同的是所得结果关于最大值的左右对称性被破坏, 如图4所示。理论分析可知, 当加热光束以一定角度入射到样品表面时, 加热光斑的光强分布和垂直入射时加热光斑的高斯对称性有所不同, 进而引起样品表面温度变化区域的温度变化值也不再具有高斯对称性, 且调制频率越高, 由于热扩散的影响, 这种不对称性越明显, 导致所得光热信号呈现出图4所示的左右不对称性。
实验和理论上已经证明光热失调技术是测量光学薄膜元件吸收损耗的一种简单、灵敏的测量方法。与其他较为成熟的光热方法相比, 比如光热偏转技术、光热位移技术和表面热透镜技术, 这种新的光热技术在保持了较高测量灵敏度的同时降低了实验调试的复杂性[4,6]。由于多波段的二极管激光器可以用作探测光源, 光热失调技术可以在宽光谱的范围内研究高功率激光系统中所应用的光学薄膜元件的吸收测量和高分辨率的面吸收成像研究。
3 结 论
基于光学薄膜反射或透射光谱的温度效应研究薄膜吸收的光热失调技术, 在光学薄膜领域已逐渐引起了人们的注意。本文以BK7玻璃衬底的高反射膜为样品, 以连续激光为加热光源, 实验主要研究了在光热失调技术中反射和透射探测方式, 以及加热光束相对于样品表面的入射角度对光热信号的影响, 经分析可知透射和反射两种方式所得的光热信号相位相反, 加热光束入射角对光热信号随加热光功率和光强调制频率变化的规律无影响, 对光热信号随样品表面加热和探测光斑相对位置变化的对称性有所影响。通过实验研究, 与前期的研究结果对比分析, 进一步验证了光热失调技术测量光学薄膜吸收的可行性。
参考文献
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