实验室数字化管理系统（共12篇）
实验室数字化管理系统 篇1
近年来,随着计算机技术及影像设备的飞速发展,医学影像学已发展成为包括CR、DR、CT、MRI、DSA、超声、ECT、SPECT、PET等多种成像手段在内的一门综合性学科,在现代临床诊疗中发挥着越来越重要的作用。因此提高医学影像学专业的教学质量,培养医学本科学生具备良好的医学影像学基础知识,在当前的医学教育中愈发重要[1]。实验教学是医学教育的重要组成部分,在培养高素质创新性医学人才方面具有理论教学不可替代的作用。实验室是进行实验教学的重要场所,是实现素质教育、培养具有创新意识和实践能力人才的基地。加强实验室的建设和管理,对于推动实验教学手段和方法的改革,全面提高教学效果和质量具有重要意义。本文以我校影像诊断综合实验室建设为例,对数字化影像诊断综合实验室的构建及管理等问题进行了探讨。本文是黑龙江省教育厅21世纪教育教学改革工程项目(医学影像实验教学PACS构建与应用研究)成果。
1 影像诊断综合实验室数字化建设的目的和意义
现代医学影像学的飞速发展,新技术、新设备的不断开发、改进和应用,给传统的医学影像教学模式带来了冲击,对影像实验室建设和管理也提出了更高的要求。我校影像诊断综合实验室承担着放射诊断学、超声诊断学、核医学的实验教学任务,传统的实验教学方法仍以胶片-观片灯教学和多媒体课件教学为主,实验设备与方法已不能满足当今招生规模的扩大和现代影像学发展的需要,存在胶片不易保管及储存、图像质量差,更新速度慢等诸多弊端。此外,附属医院先进的设备和学校网络资源不能被充分利用,导致资源共享性差、利用率低。因此,利用附属医院及实验室现有设备和校园网络,集中有限的资金,以PACS为平台构建适合我校的数字化影像诊断综合实验室,对于全面提升实验室工作、使用效率和管理水平,完善实验室设备,实现优质资源的整合与共享,满足教学与科研的需要,提高我校影像教学质量,促进我校影像专业的可持续发展具有重要意义。
2 影像诊断综合实验室的数字化建设
2.1 PACS系统是影像诊断实验室实现数字化建设的关键
PACS(Picture Archive and Communication System)即图像存档与传输系统,是近年来随着数字成像技术、计算机技术和网络技术的进步而迅速发展起来的,国内一些大中型医院均已开始建设和应用[2]。PACS系统全面解决了数字化医学图像的获取、显示、处理、存储、传输和管理,使图像资料得以有效管理和充分利用,在提供更好的临床医疗服务的同时,也为医学影像教学提供了更先进的手段[3]。因此,建设数字化影像诊断实验室,安装PACS系统至关重要。
2.2 以PACS为平台的数字化影像诊断综合实验室的构建
实验室的合理化建设和科学化管理,是提高教学质量的基本保证,也是学科建设的重要环节。因此我校领导高度重视,曾多次组织专家及相关人员到各高校和医疗机构参观调研,并依据我校实验室、附属医院现有设备条件和校园网的实际情况,制定了影像诊断综合实验室数字化建设的具体规划并完成了实验室的建设。
2.2.1 我校影像诊断综合实验室、附属医院现有设备条件
我校影像诊断综合实验室现设有4个放射诊断实验室、2个超声诊断实验室、2个核医学诊断实验室。还有2个计算机实验室,共64台学生机,2台教师机,2台光纤交换机,1台大容量服务器,都与校园网相连,每个实验室都配有1台高清晰的投影仪。我校附属红旗医院是三级甲等医院,拥有先进的64层螺旋CT机、CR、DR、MRI、超声、DSA等数字化的影像设备。校园网遍布学校及附属医院的每个角落。
2.2.2 PACS影像实验教学系统的构建(如图1所示)
注:每个放射诊断实验室内除配有大屏幕的高清晰投影仪外,还新进了6台学生机和配套的大屏幕观片用的液晶显示屏,均与PACS教学服务器相连接。
2.3 医学影像学电子教学图片库的建设
2.3.1 PACS系统是建设电子教学图片库的主要手段
以往电子图片的收集需要通过扫描仪或数码相机照像获得,花费了大量的时间和精力,而且图像信息容易丢失,图片质量得不到保证。PACS的使用为电子图片的收集提供了一种全新的方式,为电子图片库的建设提供了丰富的影像信息基础[4]。利用PACS的快速查询和调阅图像的功能,附属医院影像科各部门教师就可方便地获取各种清晰而典型的动、静态影像病例电子图片,经过筛选和适当调节后按照疾病系统、病种分类建库,涵盖常见病、多发病以及疑难病例,然后通过PACS系统传输到影像实验室PACS教学服务器中。
2.3.2 通过网络搜集并下载有价值的病例图片
对于一些我院没有的地方病、罕见病的病例图片,我们通过网络查找或到其他医学院校的网站下载获得。图像导入教学PACS服务器后,由影像系教师在病例图像上标记典型征象及插入相关注释及理论知识。
3 数字化影像诊断综合实验室的管理
3.1 影像诊断综合实验室的日常运行和管理
实行“统一管理、分级负责、责任到人、全面开放”的运行和管理模式。按照各实验室的功能制定了切实可行的管理规章制度并严格执行,包括实验室清洁卫生制度、实验室安全制度、实验室物品及仪器日常使用和维护登记制度、实验室管理人员职责、实验室物品及仪器损坏赔偿制度等。使进入实验室的师生有章可循,能够正确使用和维护实验室的仪器设备,提高实验室的使用效率。管理人员定期检查各实验室内的水、电、暖、通风设备、网线、通讯设备等情况,发现问题及时处理,从而保证实验室的正常运行及教学的顺利开展。
3.2 PACS影像实验教学系统的管理与维护
PACS系统是医院影像科的服务中心,也是影像实验教学的服务中心。PACS系统的安全运行是医院影像科及学校影像实验教学工作顺利进行的保证。因此系统的管理与安全维护非常重要。我们必须采取有效措施确保网络和系统的正常运行。
(1)为了保证整个PACS系统的安全性,在服务器上安装Symantec服务器版杀毒软件并及时更新病毒库,RIS服务器与HIS服务器间加有硬件防火墙,所有医生工作站、教师机及学生机禁用系统注册表,禁用U盘端口。
(2)保证每台计算机操作系统的稳定,及时更新操作系统的补丁,并做好服务器和工作站的系统备份。设置操作权限,建立主域控制器,终端用户只有在登录后方可使用网络中的共享数据。同时安装安全管理软件,对网络层、所有终端的操作情况进行实时监控,防止病毒入侵。
(3)对重要数据进行定期备份,以维护数据安全,防止因误操作、病毒、黑客攻击等诸多不确定因素导致的数据损坏或丢失。
(4)严格做好PACS教学网络系统与因特网的物理隔离,保证网络中各种服务器、路由器、交换机、工作站、终端机等硬件设备和通信线路的安全维护,确保PACS教学网络的安全。同时注意重要设备的供电,防止水、火灾等自然灾害以及人为破坏。
3.3 实验技术人员及教师的培训
为了使PACS教学系统得到充分有效的利用,提高实验室的工作及使用效率,我校有计划地对在岗实验技术人员及教师进行专业技术培训和PACS系统的操作培训,以满足影像实验教学的需要。同时聘请1名具有一定业务水平的专业计算机技术人员,对PACS系统进行专项管理与维护,以确保PACS教学系统的正常运行及使用。
实验室是进行实验教学、实现素质教育、培养具有创新意识和实践能力人才的基地。通过我校影像诊断综合实验室建设的实践证明,以PACS为平台构建数字化医学影像诊断综合实验室,不仅实现了影像资料无胶片化、高度集中化、自动化和标准化管理,促进实验室的建设和管理走向科学化、系统化和规范化,全面提高了实验室的工作、使用效率和管理水平,而且促进了我校优质教学资源的整合与共享,推动了影像实验教学模式和方法的改革,全面提高了我校的影像教学质量。
摘要：目的 构建基于PACS的数字化影像诊断综合实验室,促进我校影像诊断实验室的建设和发展,实现影像实验教学与管理数字化。方法 利用我校影像诊断综合实验室与附属医院影像科原有设备及网络条件,合理引进并构建以PACS为平台的数字化影像实验教学系统。结果 成功地实现了数字化图像在PACS内的采集、传送、中心存储、管理、异机图像处理、终端服务器图像浏览。结论 以PACS为平台构建数字化医学影像诊断综合实验室,不仅全面提高了实验室的工作、使用效率和管理水平,而且促进了优质教学资源的整合与共享,推动了影像实验教学模式和方法的改革,对于提高影像教学质量具有重要意义。
关键词：医学影像诊断,PACS,综合实验室,HIS
参考文献
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实验室数字化管理系统 篇2
随着语言教学方式与方法的不断发展，数字网络语言实验室以其先进完善的超强功能为高校外语教学创造了良好的语言环境，尤其在培养和提高学生外语语音素质方面，有着传统教学模式无法企及的优势，大大提高了学生的学习效率和教师的教学效率。如何充分利用数字网络语言实验室本身的优势对语言室进行科学先进的数字化管理，是我们面临的一个挑战。数字化管理是指利用计算机、通信、网络、人工智能等技术，量化管理对象与管理行为，实现计划、组织、协调、服务、创新等职能的管理活动和管理方法的总称[1]。本文探讨了数字网络语言实验室在教师教学、学生学习和管理人员日常工作中的数字化管理。
1.数字网络语言实验室的特点
随着高校外语教学要求的不断提高，教学资源日益丰富，“数字教学”、“网络教学”、“媒体库”、“资源在线”、“VOD点播”等功能也成为了各高校对教学的新要求[2]。目前普遍使用的数字网络语言实验室具有以下一些基本特点：全数字化的传输方式，损耗小，传输速率快，声音保真度高；采用主流网络技术，专业用于音频、视频的传输与处理，保证了传输的实时性与连续性；系统稳定、可靠、扩容性强；结构化的布线，使得线路简洁，维护方便；功能强大、界面通俗、操作简单，同时可以进行软件的升级换代；资源库庞大，能够满足大部分教师的教学需求；与各种多媒体设备有良好的接口，适用于大部分承载资源的媒介；以先进的网络技术为依托，使得网络教学成为可能。
2.教师教学的数字化管理
2.1教学素材
传统模拟语言室教学资源主要来源于磁带，而数字网络语言实验室可支持DVD、MP3等最流行影音文件格式，可以通过电脑、磁盘等转载，并且在电脑中设有海量资料库随教师任意点播；教师可采用数字化备课进行音频、文字编辑和MP3课件的制作，可与Internet网络连接，尽情下载，教学资源来源全面广泛。
2.2教学方法
利用数字化的设备，教师可在电脑中把课程内容全部准备好，上课时直接从电脑中选用音、视频同步的资料进行教学，同时，可控制音频文件的语速，即通过变速不变调功能实现因学施教，学生可通过学生终端实现听看同步，提高了学习效率[3]。数字网络语言实验室具备呼叫、呼叫应答、全通话、通知、示范和小组会话练习等丰富的通话功能，运用这些功能，就可以充分进行外语中的听说能力训练与学习，使听说训练更加真实化、立体化[4]。
教师也可在互联网或校园网上进行备课、办公、布置作业、并可对学生进行指导与交流。使外语教学不受时间、地点的限制，为个性化学习，自主式学习提供了全新的学习环境。
3.学生学习的数字化管理
3.1课堂学习
充分利用数字网络语言实验室的特点，在教师指导下进行学习，如前面二所述。
3.2自主学习
传统教学班级无法照顾个别差异，而数字网络语言实验室给每个学生配有个性化学习设备。学生可在主电脑素材库中点播学习资料，自由控制播放、停止、快进、快倒，即可作为开放式阅览室进行电子阅览。当系统设定为自由上机时，学生可以直接浏览服务器上或英语教育网站上的网络资源，根据自己的水平、进度和要求合理选择学习材料，确定学习内容、时间与速度，进行自主学习，实现VOD、AOD点播、自测、考试、下载课件等，这种教学模式完全体现了因材施教、因人而异、以人为本的现代教育新观念[5][6][7]。
3.3协作学习
课件中的交际活动设计要求学生之间通过课上与课下的协作才能完成.学生可通过计算机进行相互交流，培养语言技能。数字网络语言实验室还具有随机分组的教学功能，即根据实际教学的需要，教师把全班学生分成若干学习小组，小组成员通过小组讨论、角色扮演等协作学习，这不仅可以强化训练学生的英语听说能力，增加学生学习英语的兴趣和信心，还能够增强学生的参与意识和集体荣誉感。
3.4无纸化考试
主要是通过网络化机考的形式，来实现包括笔试和口语考试。考试过程在机上操作，全程网上提交。笔试客观题的考试结果于每场考试结束后，考试系统自动评卷，考试结果可以Excel表格方式将所有原始数据输出，便于统计、查阅及储存；口语考试以人机对话的形式进行，学生的考试录音保存在电脑中，随时可调用抽查与监督。英语无纸化考试提高了考试的效度和信度，有效地确保考试的客观性、公正性、实时性，具有提高工作效率、节约考试资源、规范考试管理、方便考生应考等的优势。
4.管理人员日常工作中的数字化管理
4.1设备及耗材
（1）设备计划及采购库（设备科必备）：给不同仪器进行分类编号，支持各种查询，如仪器名称、型号、技术参数、厂家、联系人、联系电话等，可方便地查找欲购设备的各种资料，结合现有的仪器设备购买公开招标制度，快速查找所需仪器和竞标厂家，提高办公效率。如设备科没有该系统，各系部也可建立自己的设备采购库，动态加入各仪器生产厂家及产品的信息（该库可以是Excel表格）。
（2）设备管理系统：设备科可使用国家教委下发的“高校仪器设备管理系统”，该系统将给设备账目的管理带来极大的方便。但目前，该系统的功能尚未完全利用，如待报废功能，附件库功能，调入、转出功能等。系统中还存有缺憾，无报废再利用管理模块。如一台仪器报废了，这台仪器的附件或某些部件还可以使用，那么就需要一个专门的管理块来管理这些报废后还可再利用的部件。这一功能模块需要开发出来挂接在管理系统中。系统中的维修管理也很薄弱，需进一步改进。
（3）仪器设备维修管理库：在维修库中应设有：仪器编号、送修时间、损坏原因、修好时间、维修情况说明、维修人、维修金额等项，说明维修的全过程。这一功能模块最好挂在仪器设备管理系统当中，补充说明某一仪器的维修情况，可以反映出某种仪器设备的质量情况，为以后的仪器采购提供参考意见。
（4）耗材管理库：语音室由于使用率比较高，常常会消耗一些器件，这就需要购买消耗材料。这些耗材购买了多少、出库了多少、库存还有多少，都需要电脑来帮我们管理，我们才可以随时掌握消耗材料的使用和库存数据[7]。目前，笔者所在语音室使用的管理软件，是语音室老师自行开发的，它不仅管理了消耗材料的入库、出库和结存，在出库中还设置了用途项，说明出库原因。4.2软件系统
（1）管理人员根据教学需要，提前在教师机安装好有关教材的教学课件，教师上课无需携带u盘、光盘等，减少了病毒的侵入，维护了设备的稳定。
（2）管理人员先后安装了视频点播系统与英语在线系统，并进行合理分类，供师生进行视频点播。网络上生动鲜活的语言材料，不仅可以作为听力理解的内容，而且可以依靠录音工具进行分割、合并，使重点语音现象凸显出来，更加有利于学生进行模仿。这一系统的运用将使学生感受真实的对话环境，图文并茂[8]。同时，管理员及时进行系统内容的更新，为学生提供了源源不断的语言材料，增强了学习的趣味性，开阔了学生的视野，使学习内容更加丰富生动，学习方法更加灵活，学习兴趣更加浓厚，学习效果更加明显。
（3）数字网络语言实验室实际运行中病毒感染常使操作系统、应用软件等无法正常工作。可采用以下几种办法维护：采用系统安全性的预防措施，对ROMBIOS进行保护，给ROMBIOS设置管理者口令，使一般的上机者无法进入设置画面、修改有关设置参数；给电脑配备保护卡，通常将硬盘分成若干区，将装有最重要的操作系统和应用软件分区保护起来，并设置成自动还原状态，每次开机后，都会自动恢复到保护时的状态；安装正版杀毒软件，及时更新病毒库，定期查杀病毒；使用正版软件，在安装新软件之前先查毒，再安装。
4.3学生管理
对于上课学生，新学期上课前及时在电脑系统中添加他们的年级、班级、学号等学生信息，使学生上课对号入座，井然有序，并且到课学生通过系统确认键进行点名，教师在电脑中对于迟到、旷课学生一目了然，这有助于提高学生的到课率。
对于自主学习的学生，使用时间计费管理完成对学生使用交费、续费等费用情况的查看及管理[9]。设备使用情况记录管理系统自动记录学生使用某终端的开始和结束时间，反映设备使用情况，便于查找造成设备故障的责任人。学生学习情况记事管理学生自学过程中，系统自动记录学生学习内容（点播资料名称、学习时间），方便校方监控学生学习情况。
5.结语
数字网络语言实验室的应用，不仅给教师提出了更高的要求，也给语言室管理人员提出了更高的要求。管理人员必须深入了解数字网络语言实验室的功能和特性[10]，熟悉现代技术等方面的知识和使用技能，不断地接受、更新管理理念，科学进行数字化管理，才能提高自身的管理水平，使数字网络语言实验室成为整个教学过程的有机组成部分，从而优化课堂教学，提高工作效率及工作质量，全面提升语言室的形象，改善精神面貌。
参考文献
实验室数字化管理系统 篇3
在初中教学中，物理是非常重要的一门学科，而物理实验的教学则是物理教学中的重要环节。数字化实验系统主要采用的是传感器、计算机以及数据采集器等结合在一起教学方式，利用该系统进行物理实验的教学能够有效地提高物理实验教学的质量，帮助学生掌握物理实验的本质规律。数字化实验系统具有非常强大的信息收集能力与信息处理能力，为了在初中物理实验教学中更好的应用数字化实验系统，就需要加强对数字化实验系统的研究。
一、数字化实验系统物理实验的设计原则
在初中物理实验教学中，应用数字化实验系统进行实验的教学时，需要遵循一定的实验设计原则，从而确保数字化实验系统在物理教学中的合理应用。首先，数字化实验系统的物理实验设计需要遵循科学性原则。科学性是数字化实验系统物理实验设计的关键，教师应该确保数字化实验系统物理实验的实验方法与实验原理要具有科学性，并且根据初中物理实验的原理与规律进行实验内容的设计，从而充分的发挥数字化实验系统的作用。其次，数字化实验系统的应用还应该遵循针对性原则。教师在进行数字化实验系统的实验设计时，需要根据教学中实验教学的目的进行设计，明确实验的意义与目的。在物理实验教学中应用数字化实验系统时，主要替换的就是传统实验中的数据处理与数据读取环节，这就要求教师从教学实际出发，结合实验教材中的难点利用数字化实验系统进行解决。最后，适用性原则也是数字化实验系统应用应遵循的主要原则。教师在利用数字化实验系统进行初中物理实验的设计时，需要确保实验的内容与知识符合初中生的认知水平，通过数字化实验系统的特点激发学生的学习兴趣，从而提高初中物理实验教学的质量。在物理实验教学中，数字化实验系统应该能够使用与初中物理的光学、力学、电磁学以及热学等物理知识，并采用适当的方法进行数字化实验系统的教学。
二、数字化实验系统在物理实验教学中的应用
1.利用数字化实验系统探究声音特性
在初中物理教学中声波的教学是非常重要的，教师需要通过实验帮助学生理解声音的特性。在数字化实验系统的应用教学中，教学需要从以下几点进行实验教学的设计与分析，从而提高学生的物理水平。首先，教师应该对实验的目的进行确定。其次，教师需要结合教学内容对物理实验进行合理的设计。在利用数字化实验系统进行物理声波实验的设计时，教学需要先对实验器材进行选择，并通过实验器材的合理分配进行实验操作。教师需要将声波传感器与数据采集器进行连接，同时将手持分析仪的相应实验模板打开，之后就能够进行数字化实验系统的声波实验。在实验过程中，声波传感器接收到的信号波形会借助电脑进行准确的描绘，从而得到科学准确的振动波形图。再次，探究过程也是数字化实验系统物理实验中的关键环节。在实验操作过程中让传感器接收到不同响度的声音，对电脑绘制的声波图的振幅进行观察，对影响声音想读的因素进行探究。最后，教学需要对数字化实验系统的实验优点进行分析。在物理实验教学中利用数字化实验系统进行实验教学时，能够直观地将声音的特点与性质反映出来，并通过数字传感器将其可视化，不仅对声音记录、测量方法进行了简化，还能够丰富实验的内容与现象，激发学生的学习兴趣，从而提高物理实验教学的质量。
2.探究影响摩擦力的因素
在初中物理实验教学中，摩擦力是非常重要的一部分内容，虽然在传统的物理实验中能够直观地感受到摩擦力的存在，但是却不能够通过传统实验装置第七进行控制，只能够完成摩擦力定性的探究，而无法完成定量的探究实验。在物理摩擦力实验教学中，教师可以通过数字化实验系统在物理实验教学中的应用进行摩擦力的探究。数字化实验系统中的定位传感器与力传感器能够准确、有效地将摩擦力的变化情况反应在电脑上屏幕上，并且还能够对影响动摩擦力的因素进行探究，例如接触面积、压力、运动速度以及接触材料等因素。数字化实验系统的摩擦力实验装置主要包括数字化实验系统、滑块、铁架台、带小车的模板以及砝码等。对实验器材进行合理的安装，采取控制变量法对摩擦力的影响因素进行探究。在实验中学生能够通过电脑直接观察到摩擦力变化的图像，从而得出准确的结论。数字化实验系统具有精确性和灵敏性，能够准确地反映出实验的变化情况，从而提高了物理实验教学的效率。
实验室数字化管理系统 篇4
关键词：实验室管理,仪器设备,人员,安全
1 实验室管理现状分析
随着科学技术的发展,科研水平的提高,科学研究已经逐渐向国际化、全球化的方向发展。如今,我们面临的任务是基础研究要争原始创新;应用研究和技术要争知识产权。然而,科研条件差、学术环境差、人际关系不能适应现代科研工作的要求;人才断层现象严重、不同隶属关系的实验单元各自为政,缺乏有效地组织管理和质量管理;实验室对人力、设备等资源也很难做到统一管理和规范管理,从而造成实验设备和耗材的不合理购置以及实验人员、仪器设备、实验用房利用率低等一系列现象的出现。
1.1 实验室仪器设备管理现状
仪器设备作为实验室固定资产的重要组成部分,是开展新技术超前预研、产品开发的重要物质基础和必备条件。目前,以大多数实验室的发展现状来看,对于仪器设备的管理在很大程度上缺乏合理性,实验设备利用率低,没有真正做到“统一领导、分工管理、合理使用、精心维护、管理结合、物尽其用”的原则,从而导致实验设备的功能未得到充分开发和利用。
1.2 实验技术人员现状
从事科学研究,人才是最重要的因素,社会各界谈论的多,但何为人才,知者并不多见。我们有许多的科研机构,也有成千上万从事科学研究的科学技术人员,近二十年来,也有了庞大的博士、硕士队伍。实验技术人员长期在实验教学工作中承担了繁杂的实验组织、准备和辅导等工作,地位和待遇偏低,这些原因导致实验队伍的不够稳定。
1.3 实验室安全管理现状
安全管理在实验室管理中占据着举足轻重的作用。然而,目前国内外很多实验室在安全管理方面重视度仍旧不够,甚至实验室安全管理人员对各类安全技术标准和规范也是一知半解、似懂非懂,这也直接导致了安全管理不够深入,安全检查发挥不了应有的作用,使得安全事故隐患不能立即消除或制止,最终导致了安全事故的发生。
造成安全隐患的原因很多,如人的不安全行为、物的不安全状态、危险的环境和较差的管理。
2 海尔数字化家电实验室运行管理模式
海尔数字化家电实验室其运行管理机制的总思路是实行主任负责制和岗位责任制,实验室将实行严格的聘任制。通过建立实验室工作人员的岗位规范及科学的考评办法,调动起科技人员的工作热情,如设立实验技术成果奖励措施等,从而充分肯定和鼓励实验室工作者从事实验技术工作的积极性。此外,海尔独创的OEC(日事日毕、日清日高)管理法、SST管理机制、创新的管理经验、战略发展经验及最新的“人单合一”管理办法,都将作为实验室管理办法的指导和理念,并将产生巨大的效果。
2.1 加强实验室的仪器设备管理
按照海尔独特的管理方法,由实验室主任指定专管副主任分管仪器设备管理工作,采取分工管理的体制。
在统一领导、归口分级管理和管用结合的原则下,并结合实验室具体情况,确定实验室仪器设备的管理体制,明确机构和职责。由一位副主任分管仪器设备工作,对各种渠道、经营或非经营型的仪器设备按照统一规定进行管理、实行优化配置的原则,根据企业实验室的实际,制定仪器设备申请、审批、购置、验收、使用、维护、维修等管理制度,实行岗位责任制,充分发挥仪器设备的使用效率。
实验室要对仪器设备的资料建立档案,实施计算机管理。对仪器设备的种类、数量、金额、分布及使用状况,定期进行分析、研究和汇总,并按规定上报各类统计数据。对于仪器设备的分类,按照海尔集团固定资产管理规定进行编码,并登记注册,统一采用加贴辨别标签方式。加强实验室内、外网络资源建设,实现各类数据网上传输,充分利用现代化手段对仪器设备实施真正意义上的科学管理。
同时实验室要充分重视仪器设备工作人员队伍的建设,根据实际工作情况,制定从业人员专业知识及技能的培训、考核和技术等级晋升办法。对于在科学实验、实验技术研究与开发等方面取得的成果应予以承认和奖励。
2.2 人员管理,充分调动科技人员的积极性
海尔数字化家电实验室主要实行以聘任制和岗位责任制为基础的实验室人事制度,按需设岗,按岗聘任,定期考核。
在人员流动方面:实验室鼓励人员的流动和交流,这有利于吸收国内外前沿研究成果,稳定青年核心队伍,吸收海外华人学者;加大高层次人才引进力度,积极聘请承担国家重大科研项目的人员进入实验室,并主要从事高新技术研究和开发工作。同时要求在实验室从事科研开发的人员必须具有较高的知识结构、技术素养和技能。实验室业务的发展需要人才具有一定的流动性,用人机制具有一定的灵活性,以满足实验室对人才的需求。
在人员交流与合作方面:海尔数字化家电实验室与国内的知名高校和企业建立起人才互动机制,吸引国内和国外的人才到实验室进行课题研究和进行试验等等,同时也将定期为在校的学生提供社会实践的机会。在此基础上,同国内本领域有代表性的高校和研究机构建立长期的合作关系,承接委托开发项目,实现学术和科研成果的共同发展。为扩大实验室的影响和提高学术水平,实验室将选择国外著名的对口研究机构,采用派出实验室的骨干作技术交流和进修等形式,培养青年科技人员,组建跨国合作队伍。实验室在服务国家的同时,积极为青年科技人员创造出国留学、进修和合作研究的机会,联合组建跨国的合作研究队伍,促进固定人员在一个开放、流动的环境中工作。同时每年将安排一定数量的人员到国外工作、学习、参加会议。实验室还将积极开展客座研究工作,通过客座研究人员工作加强实验室研究力量,同时为客座人员自身业务水平的提高提供机会与条件。
在人员激励方面:采用激励与科研成果挂钩的方式,按照集团9档27级薪资模式,对突出贡献的人才除给予物质奖励外,还给予出国培训、进修、带薪休假等激励。对于学术带头人和学术骨干实行年度底薪+带头成果联酬的工资模式。
在人员培养方面:海尔大学已搭建了完善的培训教学软硬件环境。在软件建设方面除海尔大学内部有16名各单位轮值老师外,在海尔集团内还建有330余人的内部兼职教师师资队伍,在海尔集团外部也已与清华、北大、中欧国际工商学院、IMD等国内外科研机构、大专院校建立了合作关系,聘请兼职教授80余人,并且已与哈佛大学、I M D、沃顿商学院、英国剑桥大学、法国欧洲管理学院、中欧国际工商学院、日本神户大学、美国乔治梅森大学、清华大学、北京大学、复旦大学等国内外著名院校成立案例编写关系。现已有6个案例进入以上国际级商学院MBA教学案例库,成为全球通用的教学案例,已有20余个在国际各大院校使用。
2.3 完善实验室安全管理制度
实验室的安全问题一直以来都是人们关注的焦点,海尔数字化家电实验室本着“以人为本、安全第一”的工作方针,着重在企业内营造安全文化氛围,增强全员的安全观念,健全安全管理体制,明确安全管理职责,着力安全基础性工作,加强安全标准化建设等方面采取措施。首先,通过营造企业安全文化氛围来提高全员安全意识和增强全员安全观念。企业安全文化不仅让员工接受安全教育,也让他们在安全文化的氛围中接受安全教育和熏陶,以提高安全素质。其次,建立、健全安全体制、明确全员安全职责。实验室内的仪器设备、材料、工具等物品要摆放整齐,布局合理。各实验室应及时清理废旧物品,不堆放与实验室工作无关的物品,要有安全通道,严格做到四防、五关、一查(防火、防盗、防破坏、防灾害事故;关门、窗、水、电、气;查仪器设备)。实验室的防火工作主要以防为主,杜绝火灾隐患,了解各类有关易燃易爆知识及消防知识。最后,做好安全基础性工作、加强安全标准化建设。实验室必须配备消防器材,同时工作人员应熟练掌握消防器材的使用方法,并将消防器材放在明显、干燥、通风和便于使用的位置,周围不准堆放杂物,严禁消防器材挪作他用,过期消防器材应及时更换。
3 结束语
总之,在保证实验安全的前提下,最大限度地做好实验室的管理工作,结合企业的自身优势,搭建实验室仪器设备、技术交流及公共服务平台,充分发挥实验室的使用效益,从根本上实现资源优化配置。
参考文献
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[2]曹首军,刘云,李进新等.深化实验室体制改革,推动实验室建设[J].实验技术与管理.2003年05期,107-109+120.
建设和管理好物理数字实验教室 篇5
在现行的课程改革中，科学探究不仅被作为重要的理念强调，还被列入了课程目标和内容标准之中。但新课程实验教学中，发现依靠传统实验仪器是比较难达到这一目标的。于是，“信息技术与学科教学整合”这一理念就越来越被大家所认可和接受。而数字化实验可以让学生使用相关实验工具，特别是信息技术工具进行认知学习和探索研究，既提高了学生的实验操作技能，又提高了他们的自主探究能力，培养了他们搜集信息的素养等，达到了课改目标。可以说，数字化实验是信息技术与学科教学整合这一理念可靠的物质载体。
2008年我校在原有实验设备的基础上配备了传感器、数据采集器、电脑等设备，我校数字化物理实验教室初具规模，提高了实验的精确度。2010年为迎接现代化达标检查，我校物理实验室有新购买了一批物理实验设备与器材。
一、数字化实验室的作用和优势
数字化实验系统具有强大的信息处理能力，可以实时、高效处理各种数据，可以实现连网互通，具有便捷的交互功能。而传统的实验手段存在着误差大、数据采集慢，有的物理量无法直接测量、读数不方便等问题，更为重要的是数据处理手工完成，效率低，误差大。这些弊端严重制约了新课改的顺利进行。数字化实验系统操作起来较安全，在数据采集上，可以同时自动记录多种数据，速度和精度上都达到了较高的要求；多窗口显示数据和图像的功能便于进行比较；可选用多种保存形式，方便数据和图像的处理和重复使用。具体的说，数字实验设备具备“实时实验”的功能，数据采集、处理和图线描绘都由计算机完成，所以师生可以从数据读取、记录，公式运算和图线描绘等繁琐的简单劳动中解脱出来，有更多的时间来进行实验的设计和探究上。比如高一摩擦力这一节，很多同学心里都想知道最大静摩擦力为什么比滑动摩擦力大？显然，传统仪器很难解决这一问题，而运用力学传感器，把物体从静止到运动的受力变化进行实时测量，再通过软件用图线描绘出来，学生就很清楚地看到最大静摩擦力确实比滑动摩擦力大，非常直观。如果数字化实验室具有网络教室功能，教师则可以调阅学生的实验屏幕。针对教学实际情况，对学生进行及时有力地监督和指导。
数字化实验系统对于迅速变化的物理过程可以进行实时观测并同时高效地处理各种数据，能把许多传统实验手段做不了、做不好的实验做好。例如,电磁感应中的《断电自感》课难点在于断电瞬间通过用电器的电流大小和方向, 特别是电流变化极快。在探究断电瞬间电流变化情况时，教师利用电流传感器实时测量在断电瞬间流过用电器和电感两条支路的电流，通过数据采集器上传到电脑，再通过配套的软件描绘出两支路的电流随时间变化的函数 图象(如图2)。从图二中可知，刚开始流经电感线圈的电流I1比小灯泡电流I2大，但在断电瞬间，流过电感线圈的电流急剧减少，同时流过小灯泡的电流却先反向变大再急剧减少，最后两支路电流同时减少到零。运用图像这一直观、形象的数学语言帮助学生理解了这一瞬间电流变化的规律，学生通过解读这一具体的图形，恰到好处地顺利解决了这一难点，这就是数字化实验设备的优势所在。
在这里，教师充分利用了数字化实验系统和图象这一数学工具，帮助学生顺利地提出问题的同时,训练了学生观察、比较、分析、概括等思维能力。所以，创建“信息化实验环境”，可提高学生的实验素质、探究素质和信息素养。同时也有助于突破物理教学的难点问题，大大提高了教学效率。
还有，在做验证“牛顿第二定律”的物理实验。实验中，小传感器感应到小车运动，数据采集器自动收集数据，电脑屏幕显示运动轨迹，这一系列实验操作完全自动化，与小车滑动同步。在这间“科学探究实验室”里，学生们可以用传感器与传统教学仪器结合进行数据采集，由计算机对探测到的信息进行数据和图形的分析处理，提高了实验的精确度。
二、数字化实验室目前面临的困难
实行新课程中，数字化实验教学一直存在以下几个问题：
1.思想上的问题。有的老师偏向于保守，对新课改精神理解不深，甚至出现偏差，认为只是做些表面文章，其教育思想观念根本没有得到革新，更不用说贯彻和落实新课改的理念了。
2.许多教师不愿意开数字化实验课。有的老师发现实验改用计算机和一些先进的仪器做了，就产生了畏惧和抵触心理；或者有的老师爱用传统的教学模式进行授课以为只要学生成绩好就可以说明一切，其实这样是不利于提高学生的综合素质的；还有一些老师刚开始热情高涨，以为学生在数字化实验室可以掌握好多高科技的知识，能取得许多创新成果。经过一段时间没有见到预期的目标就泄气了。建造数字化实验室，我们的目的是将学生置于科学前沿的环境中，扩展他们的眼界，提高对未来高科技工作环境的适应力，激发学生对科研的兴趣。而且可以为学生学习科学方法提供载体，为学生开展课题研究提供载体，为学生想象与创造能力的培养提供载体。
3.教学上的矛盾。新课程中，探究性实验虽然多了，但为探究性实验安排的课时不够；严谨地实验操作与探究实验过程的体验相矛盾；传感器易损坏，不宜进行平行授课。在教学中我们发现，连续使用数字化实验设备，有的传感器（如温度传感器）的精度会下降，而且学生的实验操作水平参差不齐，传感器很容易被损坏。由于传感器里面的构造复杂，科技含 量较高，且受知识产权保护等原因，实验教师一般无法修理，这样就耽误了下面的课程。
4.投入与产出上的矛盾。数字化实验设备大多是电子产品，价格昂贵，更新换代较快。大多数学校因为办学经费紧张，对数字化实验室建设和维护投入不足，影响了数字化实验课程的正常开设，教师在这方面的教学成果少了，学校就越不重视数字化实验室的发展。并且，数字化实验系统只是教学上的一种手段，不能为用数字化实验系统而用数字化实验系统。所以，这种投入与产出的矛盾一直制约着数字化实验教学的发展。
5.管理上的矛盾。现在中学一般都配有实验教师，但由于传统观念的影响，好多中学一直对实验教师没有进行足够地重视，许多学校将实验教师归属于教学辅助人员，有的还是保管员兼任，实验教师数量偏少，素质参差不齐，工作也没有积极性，只能勉强完成常规教学实验，不能为数字化实验教学提供很好地服务。
只有克服了上述困难，数字化实验系统才不会成为摆设，才能更好、更快地推广下去。
四、科学规范地管理好数字化信息系统实验室
数字化信息系统实验室通过将先进的传感器技术和微机技术相结合，有力的促进了信息技术与物理教学的全面整合，成功克服了传统物理实验仪器的许多弊端，实现了对传统仪器的补充和替代，更超越了传统仪器的功能，大大提升了中学理科实验的广度和深度，不仅没有让物理实验教学体系“断层”，还使物理实验教学获得新的生命力。特别是在一些课内和课外的科学探究性实验上，数字化信息系统的功能更能被淋漓尽致地发挥出来，如在校本课程、研究性学习、创新大赛等探究性学习中越来越被广泛使用。
随着条件的成熟，数字化信息系统必然是不断地进行技术更新、升级和完善。如何最大可能地让这套系统在教学中发挥作用，这就需要我们对它进行科学规范地管理。
1.实验教师按照实验室的管理要求，对数字化信息系统实验室进行日常科学规范地管理。
2.对数字化实验室软硬件及时进行必要的更新升级。3.对损坏的传感器、采集器要及时进行修理更换。
4.与传统实验仪器有机结合，赋予数字化实验更强的生命力。
实验室数字化管理系统 篇6
摘 要：随着近年来数字化仪控系统在新建核电站的广泛应用，数字化仪控系统的设备管理、运维水平对于核电站的安全稳定运行起到越来越重要的作用。宁德核电于2010年开始组建核电站数字化仪控系统实验室，是国内首个较为完整且实现了各系统间通讯互联的核电数字化仪控系统实验室，并与生产现场紧密结合，在机组调试启动及生产运行各阶段均发挥重要作用，成为提高核电站数字化仪控系统设备运维管理水平的重要平台。文章对实验室的组成、功能及应用创新等情况进行介绍。
关键词：数字化仪控系统；实验室；设备管理及运维；建设与应用
中图分类号：TL82 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）26-0069-03
1 概 述
目前国内新建大型核电机组无一例外均采用数字化仪控系统，其被称为核电站的“神经中枢”，核电站绝大部分的控制、监视、保护功能均通过其实现。但是由于数字化仪控系统在国内核电机组应用时间较晚，数字化仪控系统维修技能及设备管理水平还有待进一步提高。
对于核电站的维护人员而言，如何更好地摸清数字化仪控系统的“脾性”，掌握系统架构与原理，解决工程建设与机组运行期间的技术难题，成为一个不可避免的问题。为满足核电站对数字化仪控系统运维水平及检修质量的高要求，需要一套故障分析诊断，改造验证，功能开发，备件检测，技能培训的试验平台，为此宁德核电结合生产实际需求，于2010年开始进行数字化仪控系统实验室的建设。
2 实验室组成
2.1 总体介绍
宁德核电数字化仪控实验室由安全级DCS（1E-DCS）最小系统、非安全级DCS（NC-DCS）最小系统、汽轮发电机控制（P320）最小系统、PLC最小系统等子系统组成，各子系统之间通过网关、通讯站或硬接线相连，形成一套与生产现场功能基本一致的完整数字化仪控系统平台。宁德核电数字化仪控系统实验室网络拓扑图，如图1所示。
2.2 非安全级DCS最小系统
2.2.1 系统构成
非安全级DCS最小系统采用和利时MACS VI 平台，控制站采用实时多任务嵌入式操作系统，操作员站和服务器分别采用WINDOWS XP 和WINDOWS Server 2003 操作系统。
2.2.2 网络构成及配置
非安全级DCS最小系统网络结构从功能上可分为三个功能层次：管理网（MNET）、系统网（SNET）和控制网（CNET），三层网络都为冗余配置。非安全级DCS最小系统由3台操作员，1台工程师站，2台服务器，2台现场控制站，2台网关和2台通讯站组成。
2.2.3 各站点功能
①节点10、11为现场控制站：属于整个网络结构的LEVEL1层，接收现场设备及操纵员发送的数据，通过配置在控制站中的组态逻辑对数据进行处理。
②节点80、81服务器：接收控制站的数据，并对数据进行报警处理、生成日志、存储，同时能通过人机界面把操作人员的命令发送到LEVEL1层。
③节点90、91、92操作员站：操作员对电站进行控制、监视、维护等操作的人机交互设备，是操作员、工程师监视和控制现场设备的平台，DCS人机接口主要部分。
④节点60、61网关：用于与安全级DCS系统相互通讯，采用单项传输，其中60号网关数据为NC传输到1E，61号网关数据为1E传递到NC。
⑤节点65、70通讯站：与PLC/P320通讯接口。
⑥节点85工程师站：离线组态，现场工程修改。
2.3 安全级DCS最小系统
2.3.1 系统构成
安全级DCS最小系统主要由三菱电机供货，在硬件体系方面，由于维修活动涵盖安全级DCS 系统所有设备，因而最小系统的设计需要充分考虑尽量包含Level 1层系统和Level 2层系统主体设备、兼顾不同实验室及网络。
基于此，对最小系统结构进行了如下设计选型： Lever 1层系统有：主从冗余控制站、并行冗余控制站、GWPa 网关站、GWPb 网关站；
Lever 2层系统有：监视操作站、事故后监视站。这样使得最小系统具备较完整的层级架构。
2.3.2 各站点功能
①Station 1主备冗余站：该站实现主备冗余CPU控制站功能，I/O部分主要包括1个I/O从站（I/O机笼）及1个I/O隔离站，I/O从站中布置数字量与模拟量I/O卡件，I/O隔离站实现部分信号与I/O从站间的隔离。体现安全级DCS主备冗余CPU控制站典型逻辑，运算周期为100 ms。
②Station 2 并行冗余站：该站实现并行冗余CPU控制站功能，I/O部分主要包括2个I/O从站（I/O机笼），包括一个普通I/O机笼、一个PIF机笼。体现安全级DCS并行冗余CPU控制站的典型逻辑，运算周期为100 ms。
③Station 3监视及操作站：该站用于对过程信号进行监视、对设备的控制操作和状态显示，同时该站配备一台VDU显示器。组态部分下装类似于SFOC的设备操作、监视软件。
④Station 4事故后监视站：该站实现事故后过程信号监视功能，同时该站配备一台VDU显示器。组态部分下装类似PAMS软件，实现对其他各站的网络数据的监视功能。
⑤Station 5 GWPa网关站：安全级DCS网关站GWPa与非安全级DCS 60号网关对应，实现从NC-DCS向1E-DCS发送数据的通讯功能，其中包含与 Station 3 （监视及操作站）间的画面调用功能。
⑥Station 6 GWPb网关站：安全级DCS网关站GWPb与非安全级DCS 61号网关对应，实现从1E-DCS向NC-DCS发送数据的通讯功能，根据Station1、Station2中实现的典型逻辑，确定该站的通信点。
⑦Station 7维护工作站：维护站采用一套工控机，配备必要的MELTAC与MR1 500维护软件及一些辅助硬件，实现对安全级DCS最小系统的日常维护、培训及演示功能。
2.4 汽轮发电机控制最小系统
2.4.1 系统构成及配置
宁德核电汽轮发电机控制最小系统使用法国ALSTOM的P320TGC-SV2+系统。由CCL和STG控制器实现GRE汽机调节功能，由STP控制器实现GSE汽机保护的功能。最小系统配置有2台通讯控制器，2台汽机调节控制器，3台汽机保护控制器，1台现场I/O控制站，一台工程师站，一台操作站。
2.4.2 各站点功能
①CCL（通信控制器）：主要实现各控制器之间、控制器与P320人机接口、控制器与DCS之间的通信。汽机调节系统的开环控制逻辑也放在这个控制器中。
②FCL（现场I/O控制器）：主要用于应力计算和控制器故障检测。
③STG（汽机调节控制器）：实现汽机调节功能，保证汽机在各种工况下安全稳定运行。汽机调节系统的闭环控制逻辑放在这个控制器中。
④STP（汽机保护控制器）：实现汽机保护功能，保证汽机在异常情况下安全紧急停机。
⑤HMI（人机接口设备）：主要有工程师站，操作员站，用于工程维护，参数监视等功能。
2.5 PLC最小系统
宁德核电PLC最小系统，配置有AB PLC和西门子PCL两种PLC控制系统，这两种PLC为核电站现场常用PLC类型，其网络结构及主要设备与常规电厂类似。该系统配置了精简的网络、各种卡件以及必须的测试回路，可以对各种PLC卡件进行测试、通电保养维护；对现场的控制逻辑进行验证；对现场的疑难故障进行模拟复现，便于精确地对故障进行定位处理；对PLC的高级应用（如模糊算法等）结合现场的控制案例进行验证、研究，
3 实验室功能及应用创新实例
数字化仪控系统实验室建设的主要目的是服务于生产，通过在实验室开展各项工作，使得生产现场的仪控系统及设备性能更加稳定可靠，设备运维及管理水平上升到较高水准。根据以上目的，对实验室进行了五大功能定位，分别为：
①改造方案及平台升级验证。
②故障模拟及诊断。
③备件检测及卡件在线校验。
④功能开发。
⑤相关技术人员技能及防人因失效培训。以下分别对各项功能的应用情况进行介绍。
3.1 改造方案及平台升级验证
由于与参考电站的DCS系统采用不同的控制平台，且工艺系统有较多改进项，导致在机组调试期间及机组启动后，仍有大量设计变更需要在DCS中实施，DCS系统需要定期进行现场改造。由于核电站的特殊性，即使在完全卸料模式下也要求部分系统连续运行，没有DCS全停窗口，因此核电站的DCS现场改造与常规电站相比风险更高。
宁德核电利用实验室对DCS现场改造工作进行优化，创新性地采用了在实验室进行离线修改，并在实验室进行改造验证后，再下装到现场DCS系统的方法，并对数百条改造项目进行逐项分析，细分了清空下装与增量下装的项目，最终完整地提出了DCS改造的最优策略，充分发挥了DCS最小系统的全面仿真现场环境的优势，将同类型机组DCS改造下装的关键路径平均时间由72 h，大幅度缩短为4 h以内。同时，实验室还通过改造验证的功能，提前发现问题，避免了改造中可能存在的相关风险，共发现了110项改造文件问题，这些问题得以在下装到现场DCS前发现并解决。由于实验室发挥的这些超前、辨识、优化的作用，对机组提前发电投入商运起到了积极的正向促进作用。
3.2 故障模拟及诊断
数字化仪控系统实验室的故障模拟及诊断功能主要包括两部分：
①对数字化仪控系统自身设备的故障模拟及诊断，如DCS卡件异常后，可将故障卡件更换后安装到实验室最小系统进行故障复现，并利用其它检测工具对卡件进行检测，进一步判断故障原因；
②利用实验室，对工艺系统设备的故障现象进行模拟及诊断，如现场温度元件出现闪发温度突变的情况，则可将温度元件拆除后安装到实验室，与DCS系统相连，对温度元件进行各种故障模拟，如断线或电阻突变等，利用实验室可以观察到各种故障在DCS上的现象，进行故障的分析及诊断。
新建核电机组调试启动及生产运行阶段，经常会出现各种疑难故障，通过该实验室可顺利完成相关故障定位及处理。目前已完成了保护信号优选卡输出异常模拟及诊断；汽轮机旁路系统阀门波动模拟；GRH温度波动模拟及诊断等问题的诊断与处理工作。
3.3 备件检测及卡件在线校验
由于数字化仪控系统的设备大都为智能电子产品，无法通过外观检查进行备件是否损坏的判断。电子产品的浴盆效应，使得备件更换后短期内再次出现故障概率较高。为提高维修质量，宁德核电在进行数字化仪控系统备件更换前，都要在数字化仪控系统实验室进行诊断，校验，拷机，经拷机合格后才更换到现场使用。
通过制定相关的备件管理制度，定期对库房中的备件在实验室进行检测及校验，如DCS控制器，输入输出板件，保险，继电器等设备，检测及校验内容包括上电测试、通道输入/输出测试及校验、冗余切换测试，拷机测试等，确认备件的可用性。还可利用该检测及校验功能，在机组大小修期间定期对部分在装的DCS设备进行相应的详细检测，确认在装设备满足要求。
3.4 功能开发
功能开发是实验室的一项重要创新应用，由于该实验室的软硬件配置与生产现场一致，只是规模较小，因此完全可以利用实验室对各项功能进行重新优化或开发。
截止目前，功能开发主要开展了三大方面的工作：
一是利用实验室对工艺系统的控制逻辑、系统画面等进行优化，目前已经完成宁德核电DCS人机界面优化项目，针对DCS画面、报警、部分控制逻辑等进行了优化，这些优化项目先在实验室进行设计、实施、验证，验证合格后再在生产现场实施。
二是对仪控系统自身的软硬件功能进行优化，如开发的优选控制卡自动校验装置，继电器检测回路等，可以使得仪控系统的功能更加完善。
三是针对生产现场对象模型，开发了若干运行仿真系统，如化学与水处理控制回路的运行仿真系统，自动调节系统仿真控制回路，汽轮机冲转并网模拟控制系统等，充分利用实验室的开发优势，设计了一系列与生产现场紧密结合的仿真系统。
3.5 相关技术人员技能及防人因失效培训
在培训领域，可以作为维修人员的模拟机，已经实现将现场多类阀门、仪表等设备在实验室中与DCS互联，维修人员可以利用该实验室完全仿真现场设备故障工况、可以模拟主要系统运行工况。已经开发出诸如主控模块在线更换课程，热电阻温度传感器通道试验与故障判断课程，重要调节阀控制回路的连接与优化，重要辅机控制逻辑的组态等技能培训课程。
另外，针对特别仪控人员易出现人为失误的工作特点，开发相应的防人因失效培训课程，在硬件故障处理、逻辑组态、信号强制等工作流程中针对性的进行防人因培训。
4 结 语
国内外无论二代还是三代核电技术，数字化仪控系统的全面应用已是必然趋势，如何提高数字化仪控系统的设备可靠性，提高设备管理及运维水平，使得其更好地辅助核电站安全稳定运行是相关从业人员面临的一项重要课题。
宁德核电数字化仪控系统实验室的有效应用是核电站数字化仪控领域提高设备管理及运维水平的一次创新性尝试，其建设方案，功能设置，应用成果不仅可以作为目前国内核电站的应用范本，同时也为三代核电技术在相关领域提供了参考。
参考文献：
[1] 王常力，罗安.分布式控制系统（DCS）设计与应用实例[M].北京：电子工业出版社，2004.
实验室数字化管理系统 篇7
作为实验教学的一种典型的类型, 数字化的实验必须满足教学实验一般的要求, 教学实验是为了整个教学活动的服务, 其主要功能是教学, 在整个教学过程中的实验, 重要的不是某一个实验的某一个结果, 而是整个实验的教学的过程和整个教育的环节。既然要用数字化就应该设计一个合适的数字化的系统以满足整个实验室教学的主要的性能, 能够在数字化设计电路的时候充分得到加强。
数字化的实验系统的硬件是由传感器、采集器和计算机构成的。软件是对数据的采集进行控制, 还对采集的数据进行处理。数字化实验最大的特点就是对于数据采集的能力有充分的加强, 利用计算机准确地感受瞬间的变化, 检测到瞬时的数据, 也可以实时采集数据并以图像的形式表现出来。第二个特点就是能够灵活地处理数据, 通过计算机可以对实验进行控制, 也可以对大量的实验数据进行控制, 还可以进行快速处理, 这就允许学生在实验中尝试改变很多的条件, 比较试验的结果, 为学生创造科学探究和自主学习的环境, 培养学生个人的观察能力和实验的能力以及追求实事求是和勇于探究科学的态度。最后一个特点就是能够为互动式的教学创造可供学习的条件。实验室中的计算机联机以后, 能够即时实现数据的共享, 在老师的指导下对各个实验的结果进行比较, 从而进行开放性的学习。
2. 数字化物理实验系统设计的过程
在实验课上, 数字化的实验数据比较适合应用于整个实验过程比较复杂的项目中, 数据处理比较麻烦的实验和数据, 在设计的时候一定要注意实验的操作性能。设计数字化系统时, 想要达到的目标就是实现数据的采集和处理, 这些都是在幕后进行的, 这是实际的工作中可能带来的很大的便利。因此在设计实验时要将幕后的操作移到前台来。比方说, 需要进行物理量转换时, 最好自己输入公式;需要明显的物理凸显时, 自己选择尺度;需要进行数据拟合时, 最好由实验者根据实际的形状, 自己选择拟合公式。
在众多的实验中, 大多都是很容易学会的, 只有振荡电流这个实验是具有难度的。振荡电流实验的目的就是研究在整个电路产生电流的时候电压、电流之间相位的关系。这个实验需要通过软件慢速重放的功能来研究振荡电路的电压和电流之间的关系, 产生超低频的振荡放电过程。通过正弦函数等图像确定低压交流电源的输出是否有交流的电源, 研究这些电路最大的目的就是使整个数字电路完成得完美一些。
在设计系统实验时必须有鲜明的物理思想, 实验的设计要突出研究背后的问题、实验所依据的原理和研究问题所用的方法。实验的设计要充分展示所研究的物理过程, 有效地揭露物理过程的本质, 教学实验的设计还必须给学生提供一些充分发挥想象的空间, 有一定的可操作的实质性的因素在里面。
实验设计是一切实验完成的基础, 想要完成一个完美的实验, 必须进行设计。对于数字电路来说, 主要针对的对象就是教学, 数字电路是整个所要教授的电路中最麻烦的、最不容易教的, 因此需要教师在教授的时候加入一些自己的想法, 充分地调动课堂的积极性, 让每个学生都能够融入实验教学。
参考文献
[1]陈晓晓.数字化物理实验系统设计方法及教学[J].教学教育, 2009 (7) .
[2]韩小莹.数字化物理实验系统设计方法[J].系统设计, 2009 (4) .
[3]杜秀亮.刍议数字化物理实验系统教学[J].实验生活, 2011 (1) .
实验室数字化管理系统 篇8
一、数字化语言实验室的科学化管理
(一) 完善健全的管理体制和制度
在管理体制建设上, 数字化语言实验室由实验室主任负责, 实验室可以按工作性质分成系统维护组、资源开发组、后台管理组等, 各实验员有所分工, 各司其职。没有规矩, 不成方圆, 实验室还需要完善健全的规章制度来保障教学活动的有序进行。例如:《语言实验室岗位职责》《语言实验室计算机管理办法》《语言实验室教学管理规定》《语言实验室安全管理规定》《教室上课记录本》《实验室设备维护记录本》等, 各语言实验室可以细化内部管理、细致分工、责任到人, 安全责任人、管理规章上墙, 提升全员制度意识。
(二) 实验人员的管理与培养
数字化语言实验室往往配有一支经验丰富的实验员队伍, 他们中大多具有IT教育背景, 熟悉计算机操作和系统的维护, 能指导教师和学生进行语言实践训练, 能解决任课教师和学生在实际操作中出现的问题。随着计算机技术的发展和数字化语言实验室建设的需要, 语言实验室设备越来越先进, 系统功能越来越齐全, 教学要求越来越高, 这就对实验人员的自身业务水平和素质提出了更高的要求。实验人员不仅要具备娴熟的操作水平, 精于网络多媒体机辅技术, 更需要具有现代化先进的教学理念, 擅长于数字化语言教学设计和数字化语言实验室建设规划。
实验人员要定期、长期地进行业务学习和现场实习。除了可以通过邀请设备厂家实施人员到实验室进行讲座培训, 还应鼓励实验人员到其他高校或兄弟学院学习、参观、交流或安排到设备、软件厂家参观学习, 与时俱进, 了解时下先进的教学经验、技术手段和管理方法, 结合本实验室实际情况改进教学和学习方法。同时, 还应完善配套政策与激励机制, 激励实验人员参与科研、教改研究, 以科研反哺实验教学, 积极研究创新教学平台的综合应用和数字化实验室的建设规划, 为改进教学与学习方法服务。
(三) 教师管理
任课教师应定期接受系统培训, 熟悉实验室的设备和系统功能, 严格执行实验室各项规章制度, 课后填写《教师上课记录本》, 认真记录设备运行情况、有无设备损坏等, 以便实验员及时解决问题。鼓励教师按学生需求、教学体系需求和实验室发展布局各担所长, 最大化地发挥教师的能动性, 并优化教师自身的职业发展走向, 切实保障实验教学水平不断提高。
(四) 设备的管理
数字化语言实验室是现代化教学中应用的集中体现, 往往整合了多项教学资源, 包括主控设备、学生终端设备、交换机、系统管理软件、音响设备、网络技术、音频视频处理技术、流媒体技术、软件开发技术等在语言教学中的综合运用。设备的科学管理和有效维护是教学顺利进行的保障, 实验员应将设备的维护工作日常化, 遇到使用中出现的问题及时解决不耽误教学, 课后查看使用记录, 解决教师反映的问题和使用中的故障, 并对设备进行定期检查, 排除隐患, 并做好保养和维护, 使设备功能处于良好的工作状态。同时, 利用教室监控设备掌握设备和教室情况, 利用中央集控系统控制教师机及学生机的电源, 避免资源浪费, 并保障设备安全。
二、设备常见故障及排除
每周进行一次例行的安全隐患排除是很有必要的, 出现问题及时解决, 或及时联系厂家解决问题, 使教学设备正常运行, 从而更好地提高教学质量, 不影响正常教学。设备常见故障及解决方法如下:
(1) 线路故障:一般线路故障使信号不能正常传输, 致使学生终端显示不正常或没有音频视频信号。
(2) 设备故障:计算机、交换机、功放、音响等不工作, 影响系统运行, 需要对故障设备返厂维修或更换。
(3) 硬件损耗:由于学生使用不当造成耳机损坏等要及时更换, 鼠标、键盘用捆线绳固定, 如故障及时更换, 保障设备的完好率。
(4) 软件更新:一般是软件功能不能正常使用, 需要对软件进行修复或更新换代。
(5) 病毒防护:使用正版软件和杀毒软件, 禁止U盘自动播放。
(6) 系统备份还原:教师机系统要做一个Ghost备份, 安装还原卡保护重要区域, 重新开机后能恢复到最初状态。
数字化语言实验室是语言教学科研的主要场所, 是学生学习的理想环境, 对数字化语言实验室进行科学的管理和有效的维护是良好的教学质量和成效的有力保障, 因此, 实验人员要与时俱进, 不断提升自身的业务素养, 保持先进科学的管理理念, 加强技术维护, 改进工作方法。
参考文献
[1]周莲.试论数字化语言实验室的管理[J].科教导刊, 2011 (7) .
实验室数字化管理系统 篇9
随着信息技术的普及,数字化技术已经深入渗透到各大专院校的教务工作中。实验教学的数字化建设不仅能够将教学管理层次不断提升,还可以全方位地改善学校的教学模式,从而大大提升学校的整体教学质量。
通过计算机网络技术和通讯技术构建校园公共管理服务网络平台——实验教学系统,实现网络化、数字化的管理与服务,以适应信息时代的需求。
1 平台硬件架构设计
合理的硬件架构设计能使系统安全稳定的运行,基于实验教学管理系统的特性,在硬件架构方面,充分考虑到平台的使用性能、可扩展性等因素,具体的硬件架构如图1所示。其中,两台服务器必须是高性能的,通过虚拟化技术各自虚拟化实现出两台虚拟服务器,作为数据的备份服务器,通过这种配置形式来进行实现数据的冗余备份。此外,数据的存储需要采用分布式的部署方式,各服务器之间通过光纤来进行互联。
上图所示的架构设计方式具有如下优点:
(1)传输数据的高速性。通过光纤来实现互联网、异地志愿服务器、服务器和光纤存储这四者之间的网络互联,光纤链路连接的极速传输使得各硬件见的资源共享速度得到快速地提升,效率也有很大提高。
(2)高安全性以及强大的容灾和备份能力。任何一个系统的正常运行都应该充分考虑到备份的问题,在B/S模式下,一旦服务器数据超负荷运行发生“崩溃”,后果将是灾难性的。如果服务器的数据丢失,通过配置的备份服务器可以最快地还原应用数据,框架中通过虚拟化技术配置的虚拟化服务器即可实现数据的备份,是数据安全的关键所在。如果网络环境发生变化导致资源的丢失,可以在虚拟化数据服务器进行数据的恢复。而且两台数据备份服务器确保一台发生故障崩溃时,还有一台可以正常运行,以确保数据的完整性和实时性。除此之外,异地的资源服务器上还存储有数据的备份,多种数据保护机制的结合使用确保系统应对数据损坏及丢失情况时仍然能正常地运行。
(3)存储的高扩展性。因为实验教学管理系统面向的用户非常庞大,相应需要存储的用户信息和信息资源数据也是海量的,所以系统的存储介质必须是可以根据需要进行扩展的。通常情况下,需要进行存储扩展的容量限制时80%,一旦超过该限制,就需要立即对增加系统的存储容量。上图所示的硬件平台方式中,存储的扩展比较简单,在服务器端增加硬盘即可。
2 系统安全体系设计
各大专院校的内部网络通常进行学校日常工作事务的处理,有很多教育政策文件、领导阶层政府任职信息都具有很明显的敏感性。此外,内部网络的信息安全与学生权益、学生数据安全都有很强的关联性。更而甚之,与学校的利益、校园安全稳定甚至国家安全等都有关系。本系统所处理的所有校园内部数据,抛却有关于敏感的教育政策信息之外,还包括师生隐私的信息,包括学生身份、手机等安全信息。因此,保证系统网络安全,防范来自外部网络的非法入侵的攻击,建立有效强健的网络信息安全防范系统是非常必要的。
实验教学管理系统的应用环境要求通过已有网络技术对校园网络进行配置,使其具有如下特点:安全区域被严格划分,内外网连接处必须要确保安全;安全认证、鉴别、用户授权和数据加密机制必须存在;实行网络监控以确保服务器的安全。要学校内部信息的安全教育工作必须落实;定时地进行网络安全漏洞的检查并及时修复;实时监控网络的情况,是否被入侵,安装杀毒软件,防毒于未然;建立紧急事故处理机制,事故发生时可最快解决。
实验教学管理系统采用的安全防范策略如下:
(1)系统采用防火墙技术来确保网络信息安全。防火墙是一种网络访问控制技术,目的是保障网络的信息安全。防火墙通过在要设置的内部网络与外部网络之间部署相关障碍,禁止外部网络对内部网络所有资源的非法入侵,同时也禁止内部网络对外部网络的访问,以造成内部信息的泄露。
为在内部网与外部网之间设立的唯一通道,设置防火墙只是其中一种方法。如果没有设立防火墙,则需要在每台服务器上安装安全防御软件或系统,并要定期检查。缺少了防火墙的第一道防护闸口,每个主机都处于被直接攻击的范围之内。通过防火墙,可以滤掉不安全的服务,防止外部网络的非法入侵,可以隐藏一些敏感信息,防止攻击者通过网络进行信息搜集。
系统防火墙系统主要由三部分组成:网络防火墙,主机防火墙和中心策略服务器。网络拓扑结构图如图2所示。
(2)作为防火墙的合理补充,入侵监测实现对系统管理员的安全管理能力(包括安全审计、监视、进攻识别和响应)的扩展,可以提升系统应对网络攻击的能力,很好地完善了信息安全的基础结构。通过计算机网络系统中的若干关键点来收集所需要的信息,并根据定义的规则对它们进行分析,以查看网络中是否存在与安全策略相违背的行为或者遭受到入侵的现象。入侵检测是防火墙之后的第二道安全闸门,在不影响网络性能的情况下可以对网络进行监测,从而提供对内部攻击、外部攻击和误操作的即时保护。
(3)在诸多信息安全相关的技术中,密码是保护信息安全的较为有效的技术之一,而且居于技术的核心地位。数据加密的使用使得数据传输的安全性会相应的提升,而且对数据的完整性也有相应的保证。通常情况下,加密算法、明文、密文及密钥多层完整的数据加密系统。其中,加密及解密的过程是由密钥控制的。而且密钥会决定加密系统的安全性,而不是我们一般认为的加密算法。由此易知,密钥的管理工作必须要谨慎、安全。所谓的数据加密过程简单来说就是把明文转变为密文的过程。其中明文表示的是初始的数字信息,密文表示的是与明文完全不同的数字信息,它们之间的转换是以加密算法为依据进行实现的。
数据传输加密技术的加密对象主要是传输中的数据流,链路加密、节点加密及端到端加密是数据加密的接种主要实现方法。
本系统采用严格的端到端加密技术以及DES加密算法。系统是由100%的Java代码编写,传输数据是二进制数据流,这些二进制数据流在发送端被加密,在接收端解密,中间节点处的数据并不是以明文的方式而存在,中间过程没有解密;保证数据在传输过程中不被泄露和篡改,提高了数据传输的安全性和完整性。加密过程示意图如图3所示。
(4)系统的用户注册方面,鉴于安全性考虑,采用用户名重复检测机制,检测用户名的可用性;另外,输入的用户信息会与系统用户信息库进行匹配,成功后方能顺利注册。注册界面如图4所示。
系统用户注册模块主要包括注册信息的获取和注册两个步骤。
步骤一:注册信息的获取主要实现从用户在注册页面输入的注册信息中提取出具体的取值,将它们赋值到相应的变量。
步骤二:用户注册主要是根据输入的注册信息,与已有的用户信息库进行匹配,如果用户名已经存在的话,则返回进行重新注册;如果前后两次输入的密码不一致的话,也无法注册。
(5)实验教学管理系统的系统登录模块,如图5所示,采用JSP+AJAX技术相结合来实现,确保平台用户的安全浏览,登录模块输入信息检查、用户名存在检验和用户名和密码匹配检验等方面。
其中,当输入信息检查主要是检查用户输入的信息有没有缺失,如用户名缺失、密码缺失等。登录信息验证主要实现对输入的用户名判断是否存在,如果存在的话,进行密码与用户名的匹配检验,否则,报出相应异常信息。用户名和密码的匹配检验是通过检索用户信息库,进行密码与用户名的匹配检验,如果匹配成功,即可顺利录成功,否则登录失败。
3 总结
合理的硬件架构设计能使实验教学管理系统安全稳定的运行,良好的安全体系设计为学校日常工作事务的处理和诸多教育政策文件提供重要安全保证,本系统有效地利用数字化技术,在保证安全可靠的前提下,大大提高了实验教学工作的质量和效率。
摘要：随着信息技术的普及,实验教学作为传统教学模式的扩展亟需顺应时代和技术的潮流实现数字化。合理的硬件架构设计能使实验教学管理系统安全稳定的运行,良好的安全体系设计为学校日常工作事务的处理和诸多教育政策文件提供重要安全保证。
关键词：数字化实验教学,硬件架构,安全体系
参考文献
[1]马骏.计算机网络安全中的防火墙技术应用研究[J].电子技术与软件工程,2016.
[2]肖云.基于Spring Security安全的Web应用开发.计算机与现代化,2011.
数字电视检测实验室管理与标准化 篇10
随着数字电视产业扩张、产业规模逐年扩大, 数字电视产品门类日益丰富多样的同时消费者对于所购买产品质量关注度也日益提高, 但各企业检测手段与检测环境却良莠不齐, 数字电视产品质量监督监管与政策引导需求变得尤为迫切。为了更好地为国家提供政策建议、履行质量监督责职、完成数字电视领域先进技术跟踪与研究工作, 国家相关部委批准成立“国家数字音视频及多媒体产品质量监督检验中心” (以下简称“音视频国检中心”) 。
作为数字电视领域国家级实验室, 音视频国检中心一直秉承标准化管理理念, 执行标准化管理, 以适应数字电视消费市场的检测需求。
2 标准化管理重要性分析
标准化管理是以标准化原理为指导, 将标准化贯穿于管理全过程, 以增进系统整体效能为宗旨, 提高工作质量与工作效率为根本目的的一种科学管理方法。
(1) 为政府决策提供参考
政府各部门在履行宏观调控、规范市场、保护消费者、促进产业升级等职责中, 需要客观准确的检测数据为其决策提供参考依据, 以避免出现政策方向偏差、脱离产业现状等现象。由于涉及利益广泛, 在这一过程中如何提供值得信赖的第三方检测数据与产品整体状况分析报告显得慎重而紧迫, 唯有提高检测实验室标准化管理水平才能保证检测数据可为政府部门所用。
(2) 检测实验室参加社会公正活动的保障
产品检测结果在法律意义层面历来都是责任划分的重要依据, 同时也是技术监督部门和工商行政管理部门等单位执法仲裁的重要技术依据。在检测实验室参与社会活动尤其是公证性活动时, 为更好的规范市场、扶优治劣、引导消费并提供技术保障, 检测实验室出具的检测数据必须保证数据的有效性, 只有依靠标准化的管理手段才能保障实验室的公正性, 使检测实验室在成为社会关注焦点的同时不至于偏离方向。
(3) 使检测实验室助力企业发展得以实现
随着社会分工的日渐清晰, 各种社会活动也逐渐细分开来, 企业负责研发生产, 而检测实验室则更多倾向验证与测试工作。虽然企业会购置部分研发设备用于产品设计开发, 但是配备标准符合性的检测设备、建设测试环境、构建测试系统对于企业来说仍然显得力不从心。音视频国检中心通过提供准确、客观、可靠的数据, 出具公正的检测报告, 使企业能够改进其产品性能, 提高产品质量。
(4) 推动国际贸易合作的有效工具
中国合格评定国家认可委员会 (CNAS) 与美国、加拿大、澳大利亚等多个国家的实验室认可机构签署了多边相互承认协议, 该协议的目的是促进一个国家或地区经认可的实验室所出具的检测报告可被其他签约机构所在国家或地区承认和接受, 从而可为企业在国际贸易中走出国门提供必要的技术支撑。
3 检测实验室标准化管理的实现
实验室实施标准化管理不仅可以向社会、客户证明自己的技术能力, 而且还可以实现实验室的自我改进和自我完善, 不断提高检测技术能力, 适应检测市场不断提出的新要求。
(1) 建立并不断完善质量管理体系
ISO/IEC 17025:2005《检测和校准实验室能力的通用要求》是ISO和IEC在2005年推荐使用的实验室质量管理准则, 中国合格评定国家认可委员会2006年发布CNAS-CL01《检测和校准实验室能力认可准则》, 是我国实验室能力通用要求的现行有效版本。这些准则都要求检测实验室必须建立与其活动范围相适应的质量管理体系, 制定相应的文件, 并能说明检测实验室的测试能力、工作范围和检验公正性, 能如实反映实验室的技术和管理水平, 这个文件化的标准管理体系为全体人员提供一套完整的工作规范和制度, 是指导检测工作、控制检测工作质量、最大限度地发挥检测能力的有效工具。
音视频国检中心结合自身检测活动的范围和需求, 依据ISO/IEC 17025:2005的要求建立了一整套标准化管理体系, 并在多年的实践中不断完善, 最终形成了如图1所示质量管理体系。
(2) 建立健全标准化档案系统
检测实验室应建立和保持识别、收集、索引、存取、维护和清理质量记录和技术记录的程序, 所有这些记录形成了实验室的档案系统, 它在质量管理体系中具有重要的作用, 它记载过程数据, 证实体系的有效性、为必要的追溯提供证明、为纠正和预防措施提供依据。
音视频国检中心建立了健全的标准化档案系统 (图2) , 这些确保了与质量控制有关的客观事实的完整性, 反映质量管理体系的控制全貌, 也是实验室认可时评审组进行审核的重要依据和内容, 是评判实验室是否具有相应的检测能力、是否符合认可准则的重要参数。
(3) 跟踪最新标准检测方法
任何检测都离不开检测方法和标准, 检测实验室应有覆盖所有检测项目的标准, 且必须是现行有效版本。进行检测实验室的标准化管理要了解标准的内容, 跟踪标准的动态, 进行标准的更新, 避免使用已淘汰的无效版本标准。
音视频国检中心依托全国音视频标委会, 积极参与多项国家及行业标准的制定工作, 在提高实验室检测能力的同时, 又通过检测积累数据, 为标准制定提供第一手素材。
(4) 做好人员培训工作
人员是实验室检测活动中最活跃的因素, 起着决定性作用。一个实验室的水平高低优劣, 很大程度上取决于人员的素质与水平。
音视频国检中心结合行业发展特点, 有针对性地对检测人员进行专业知识及技能培训, 定期考核, 持证上岗。通过不断的全员培训, 实验室检测能力进一步提升, 目前已打造出一支技术过硬、质量意识强的检测队伍。
(5) 加强仪器设备管理
实验室仪器设备管理是质量管理体系的一部分, 仪器设备是检测实验室硬件建设的基础, 是检测实验室重要技术要素之一, 仪器设备的运行状态直接影响检测结果的准确性。
音视频国检中心在用仪器设备300余台/套, 实验室对仪器设备购置、验收、使用、维护直至报废的全过程做了详细的规定, 对操作复杂、精密度高、价格昂贵的仪器设备编制了作业指导书, 对使用频次高、易漂移的仪器设备制定了期间核查计划。通过这些举措, 实验室的仪器设备始终保持着完好状态, 消除了由于仪器设备引起的检测质量问题。
4 建议
(1) 资源整和、统筹优化
音视频国检中心仪器设备多为目前行业内先进的数字化仪器, 通过软件版本升级就可达到功能的提升, 所以在管理上就更应注重仪器软件版本的管理。而且仪器设备集成度高, 一台仪器可实现多种功能, 实验室应将每台仪器设备的功能细化, 整合资源, 进行统筹优化, 避免重复购置造成浪费。
(2) 注重发展新技术
如今技术发展迅速, 作为数字电视领域的国家级实验室, 更应积极研究新的测试方法, 扩大检测领域, 拓展测试能力, 推动实验室的发展, 顺应市场发展需要, 更好的为企业提供服务。
(3) 加强信息化建设
随着科研和生产技术的不断发展, 检测技术也从人工分析发展到仪器分析, 对数据的准确性要求越来越严格, 数据处理量的增加使信息化的需求显得尤为迫切, 通过信息网络将实验室的分析仪器连接起来实现数据网络化共享, 可以大大提高实验室的标准化管理水平。
参考文献
[1]中国合格评定国家认可委员会.GB/T 27025-2008检测和校准实验室能力的通用要求[S].北京:中国标准出版社, 2008.
[2]孟小平, 夏偕田.检测实验室质量体系建立指南[M].北京:化学工业出版社, 2005.
略论数字化实验室的建设 篇11
关键词 数字化实验室；虚拟实验室；学习方式
中图分类号：G482 文献标识码：A 文章编号：1671-489X（2009）04-0109-02
Simple Review of E-lab Construction//Yan Fang
Abstract E-lab is the combine of traditional lab with information processing and communication technologies, such as modern computer technology, network communications technology, multimedia technology. Do a simple overview of the studies on the numerical laboratory from the concept, the concept of construction, design principles, function modules covering areas and technology.
Key words E-lab；virtual laboratory；way of learning
Author’s address Educational College of Henan University, Kaifeng, Henan475004
信息社会越来越强调人才的创新能力、实践能力以及协作沟通能力等，实验教学更应该在“做”中培养学生的这些能力。然而传统的实验室实验已不能在激发学生思维和指导学生实践方面提供完全的支持，学生越来越需要一种开放的、综合的、更加灵活和有创造力的实验来培养思维。随着学生人数和仪器的增加，传统实验室的手工管理方式也使原有的仪器资源不能完全实现价值。另外，诸如远程教育等网络课堂以它的随时、自主的学习形式扩大了教育的规模，为教育的发展带来新的机会，但是这非面对面的学习也限制了学生亲自参与实践的机会。
教学和实验是相辅相成的，没有实验的教学是空洞的、难于理解的。所以，高校迫切需要寻求一种可以方便、高效地促进实验教学改革的理念、方法和工具。2005年5月，教育部发布《教育部关于开展高等学校实验教学示范中心建设和评审工作的通知》，指出为推动高等学校加强学生实践能力和创新能力的培养，加快实验教学改革和实验室建设，促进优质资源整合和共享，提升办学水平和教育质量，决定在高等学校实验教学中心建设的基础上，评审建立一批国家级实验教学示范中心。
1 什么是数字化实验室
数字化实验室，有着不同的称谓，例如e-lab、digital lab、virtual lab、miscomputer-based lab、digitized lab、数字化信息系统实验室等。目前国内较为统一的说法是数字化实验室e-lab，作为数字化校园e-campues的一部分。
数字化实验室是在传统实验室的基础上，利用先进的计算机技术、网络通信技术、多媒体技术等相关的信息加工处理传播技术，将现实实验室中的各种实验资源数字化，并通过计算机进行实验教学管理的、综合性的、开放型的实验教学环境，使得实验室在时间和空间上得到延伸。从学生来看，数字化实验室更是一个以学生为中心的、开放性的、人性化的实验教学支持服务系统；从教师来看，数字化实验室是集实验教学、实验教学教务管理、实验室设备管理、实验室开放教学管理为一体的管理系统[1]。
从这个概念可以看出，数字化实验室并不仅仅指学生用来做实验的这个计算机应用系统部分，而是一种新的实验室教学环境，包含相应的人财物等以及一种新的理念和文化。
2 数字化实验室的建设理念与设计原则
2.1 数字化实验室的建设理念数字化实验室是数字化校园的一部分。数字化校园是以网络为基础，利用先进的信息化手段和工具——计算机技术、网络技术、通讯技术，实现对教学、科研、管理和生活服务有关的所有信息资源进行全面的数字化；并用科学规范的管理对这些信息资源进行整合和集成，以构成统一的用户管理、资源管理以及权限控制。那么，数字化实验室就要实现教学、科研和管理所有资源的全部信息化以及整合与集成的功能。具体来说就是在开放的实验环境下，为实验的教与学提供最优化的教学资源，为教师提供简便有效的实验室管理、教学方案与方法，为学生提供虚拟与现实相结合的优化的实验环境与资源，使学生在真实的实验环境中利用最少的时间，掌握基本的实验操作技能，并在此基础上能进行一些力所能及的创造性、开发性的实验研究。
如果从不同的侧重点和角度出发，也会有不同的较为具体的理念，例如从远程教育角度来说，就要侧重实验的虚拟；从实验室管理来说，就要侧重人性化和高效的管理系统；从科研的角度来说，就要设计利于学生和教师交流的平台和开放综合的实验环境，有的是基础实验室，有的是综合实验室，有的是开放实验室。不同的学校也有不同时期的侧重点，但这些都是在数字化校园总的指导思想下进行的。
2.2 数字化实验室的设计原则数字化实验室的设计原则是其建设的保障，是它的建设理念的具体化和体现，也是它应该具有的特征。
总的来说，数字化实验室应该具有3个特征：开放性、人性化和过程化。数字化实验室的开放不仅是时间和空间上的开放，更为重要的是教学内容与教学方式的开放。在整个实验教与学的过程中，学生面对的学习资源应该是人性化的，整个实验教学中心应是一个实验教学的支持服务系统。另外，它的管理是全方位的面向过程的，是动态的不是静止的，其中既有从学校到教务处直至院系的纵向管理，也有各实验室之间的横向沟通[1]。
3 数字化实验室的功能模块与实现技术
3.1 数字化实验室的功能模块数字化实验室需要实现3种功能：实验教学、科研和实验的相关管理。它所包含的功能模块也应围绕这3个功能来设立。但是不同的分类和整合，形成的功能模块也是不一样的，不仅具有层次性，还有在同一层次上的不同。
宏观层次上，南京师大李艺先生认为其功能模块应该包括教师教学管理、学生学习实验及实验教学资源模块[1]。长安大学龙玲认为，基于数字化校园总体框架的数字化实验室应由实验基础数据管理系统、实验教师授课系统、实验学生学习系统和检测校准系统组成[2]。
微观层次上，由于各个学校侧重点和建设阶段的不同，具体的模块也各不相同，清华大学在实验过程支持、实验资源支持、实验教学管理及展示支持3大功能模块下又有众多的子模块。实验教学管理、电子实验报告、学生实验门户网站、虚拟仪器、监控与支持系统等，是东南大学开放实验室的功能模块。吉林大学国家级生物实验教学示范中心的功能模块是师资队伍、选课系统、仪器预约、规章制度等。
3.2 数字化实验室的实现技术目前数字化实验室的实现技术有很多种，较多使用的有2种：GIS技术和Matlab/Java Applet技术。GIS是处理空间数据与属性数据的集成软件系统，使得传统的LIMS可视化程度更强、更直观，具有其他技术所不能代替的作用，如可实现资源共享，学生的野外旅行，对于几十、甚至几百公里以外人员无法与之接近的环境监测等[3]。另外，将Java Applet的良好交互和网络开发特性与Matlab/Simulink强大的系统仿真功能结合起来，实现一种新的数字化实验方法，增强实验的交互性与真实感，降低开发难度，提高开发效率[4]。
国外也有用网格技术实现数字化实验室建设的。这种方法可实现不同学校和研究中心实验室间的交流与合作。
4 总结
数字化实验室只是提供一种新的技术和环境下的学习方式，这种方式是传统实验室教学和科研的空间和时间的扩展，并且为发挥传统实验室的功能提供支持和服务，并不能取代传统实验室的功能和地位。它的实现是在与传统实验室相结合的基础上，实验教师与学习者行为、实验教学资源的数字化、虚拟化以及管理方式的计算机化。它不仅仅是一种资源的重新架构，重要的是资源的扩展和适度整合，实现对资源的最优化利用。
任何一种媒体和技术都没有好坏之分，功能的关键在于人，所以，数字化实验室不仅要注重硬件和软件的建设，还要注重观念的建设、人员结构以及管理上的建设。观念上的建设主要是积极的思想和先进的教学科研理念，表现为如何激发和调动教师和学生利用、挖掘这些硬件和软件，如何在平台上设计和实施教学和科研。人员结构上，教师的合理安排以及学生的合理分组，都会影响教学的效果。在管理方面，虽然是在网络上的管理，但是也要有现实世界中的最自然的管理参与的作用。
参考文献
[1]徐朝军,李艺.数字化实验室的建设[J].实验室研究与探索,2003(2):9-12
[2]龙玲.高等学校数字化实验室的功能设计[J].实验室研究与探索,2004(9):24-25
[3]卢凤珠,吴达胜.基于GIS技术的高校数字实验室建设[J].理工高教研究,2004(10):103-104
实验室数字化管理系统 篇12
数字化实验系统, 简称“DIS.Lab (Digital Information System) ”, 是一种实验研究平台, 其以传感技术和信息技术为基础, 在实验过程中, 借助传感器而收集实验数据, 借助采集装置将相关信息转化为数字形式的信息传送到计算机, 由计算机操作软件对信息技术处理, 从而获得实验结果。这种操作系统得到的数据更精确, 实验结果更准。
二、数字化探究实验的特点
11.实实验验过程的“直观化”
实验过程中的细微变化和瞬间变化在传统实验中靠学生的肉眼观察可能根本观察不到或来不及, 比如:在做“酸碱中和实验”传统实验时, 试管加滴管的实验操作, 比较枯燥, 实验过程也无法呈现。而利用数字化实验, 实验中PH值的变化一目了然, 借助曲线图, 其变化直观形象[1], 还可避免人为因素 (如加液、振荡、读数等) 造成的误差。又比如:在“电磁感应”现象实验时, 产生的电流较小, 现象较为短暂, 如果引入数字化实验系统, 便可以把这些问题解决。
22.实实验验数数据据的的“精确化”
受客观条件限制, 传统科学教学的实验多为定性实验, 数字化实验的应用则让实验由“定性”向“定量”转变, 这一转变不仅有利于学生对实验现象的观察和数据收集, 更有利于学生理解科学的本质。如:在做“气体压强与体积的关系”实验时, 在注射器的一端连接上气压传感器, 很容易便能得到气压与体积的关系;若将气压传感器、温度传感器结合气压与沸点关系, 就能直接在计算机中显示气压与沸点的关系。数字化实验以传感器和数据采集系统对实验数据进行收集和整理, 取代了人眼读数, 由“手工化”向“智能化”转变, 数据更真实有效[2]。
33.实实验验处处理理的的“智能化”
传统科学实验中对实验数据的分析和处理是对物理量的单纯分析, 而借助数字化实验, 可把物理量以图像形式转化呈现, 这样更能表现各物理量之间的关系和变化情况[3]。如:“晶体熔化实验”中对温度计的示数就可用传感器传输给计算机, 并设置好相关条件, 计算机直观显示为熔化曲线, 从而摆脱了学生计时测温、手工作图的繁琐和作图不准确而造成的实验结论错误。
44.实实验验系系统统的的“多样化”
数字化实验系统融合了传统实验的优点, 教学中可以根据实际需要, 合理安排实验, 实现演示实验和操作实验的有机结合, 也可让课堂实验和课外活动融合起来;既可以将实验量化, 也可以将实验直观化;同时, 利用其可携带性使实验应用于真实的环境, 如河道水质测定、酸雨等环境问题, 从而极大地拓展了实验教学的内容, 提升了科学教学的广度和深度, 给予了学生更大的学习空间。
三、数字化实验系统对学生学习科学的影响
11.数数字字化化实实验符合学生的认知规律, 有利于提高学生的科学学科兴趣
素质教育提倡要以生为本, 学生的学习兴趣是提高学生科学素养的基础。传统科学实验方法较为落后、数据处理繁琐、实验可信度不高, 实验往往变成教师指令下的照搬照套, 学生在实验中缺乏思考, 创造性不强, 兴趣不高。数字化实验改变了这种模式, 让学生借助现代信息化手段完成实验操作, 在数字化实验中可获得更准确的数据, 更可信的结论, 这对学生科学素养的培养大有裨益。同时, 数字化实验以现代信息技术为支撑, 操作简便, 可更好地激发学生的科学实验兴趣。
22.改改变变了了实实验验环环境境, 有利于对学生科学素养的培养
传统实验课堂融入信息技术, 极大地扩展了实验教学的形式, 师生在课堂教学中可以突破演示实验和分组实验界限, 使教学过程中“边讲解边实验边分析”成为可能, 有利于培养学生优良的思维品质。同时, 数字化实验系统的快速测量, 精确处理, 使原来课堂上无法完成的实验成为可能, 使课堂教学手段更加丰富, 有利于激发学生的想象力、创造力。数字化实验网络, 便于实验数据的合作与交流, 有利于整合他人有价值的实验数据及分析材料。这一系列的信息获取和处理的过程, 会大大增强学生的实验素养、思维品质及团队精神, 为学生将来从事科学研究工作的环境接轨创造了条件。
33.有有利利于于推推动动科科学学课课堂堂教教学学模模式式改改革革, 促进学生学习方式的转变
新课程教学改革要求科学要转变“授受式”的教学方式, 引导学生主动参与到科学探究活动中, 借助数字化实验实现“人机协作”、“师生互动”, 在学生操作中, 教师辅以问题引导, 让学生在操作中讨论和交流, 帮助学生更好地通过实验而获得结论。同时, 借助数字化实验进行生活拓展, 让学生在生活中展开探究, 这对学生实践能力和科学素养的培养极为有利。
四、数字化实验应用于初中科学教学面临的挑战
11.传传统统和和数数字化如何统筹兼顾的问题
数字化实验倾向于让学生借助科学技术手段, 并在“做科学”的过程中探究科学知识, 传统实验则强调要让学生动手操作, 动眼观察, 利于学生观察能力、数据收集能力的培养, 但由于要照顾教育经费的不公平情况, 传统实验操作在此方面有明显优势。在各种大型考试中, 传统实验操作仍占很大比例。学生实验基本操作仍需补救措施[4]。在教学实践中, 因各种因素限制, 两者并不能很好的兼顾, 因此, 如何让两者有机融合就是科学教学中值得探究的一个课题。
22.如何增强探究实验的有效性
如何减少学生在实验中关注技术和设备多于实验本身的问题, 值得探究, 因为初中学生对新鲜的事物具有较强的好奇心, 而本身的知识结构又不能解决实际问题。因此, 教师在实验前要花大量的时间给学生介绍实验仪器的结构和原理, 而且初中学生的计算机操作能力相当有限, 要将传感器与计算机进行连接也是一个不小的挑战。因此, 教师对学生讲解实验的连接以及计算机操作等所做的工作远远超过了实验所获得的收益, 作为教师如何增强探究实验的有效性, 是一个值得深思的问题。
33.要尽量避免为了数字化而数字化的实验极端
在初中科学实验中, 很多实验都是单一测量, 如用温度计测量温度, 操作简单, 没有必要利用传感器而对其数据进行传输。同时, 在应用数字化实验系统时, 虽然其数据较为精准, 但也要引导学生以客观的态度对待数据, 多一些自己的思考。
五、结束语
信息技术的发展为数字化实验提供了强有力的支持, 在初中科学教学中应用数字化实验系统, 可帮助教师更好地实现教学目标, 引导学生在科学实验操作中获得更准确的数据和结论。基础教育改革少不了现代科学技术手段的辅助, 但在实践中也应客观看待数字化实验系统的优势和不足, 对其科学合理的应用, 才能让科学教学为学生的终身发展而服务。
摘要：数字化实验是一种新型的课程资源, 其以实验为基础, 有效地将信息技术和科学课程结合起来, 彻底改变了科学课程固有的教学理念及其模式。本文结合数字化实验系统的特点, 就其在科学教学中的应用作简要分析。
关键词：数字化,实验,科学教学,应用分析
参考文献
[1]史能.数字化实验室在教学实验中的应用[J].中国科技信息, 2007, (16) .
[2]许成果, 艾伦.从教学媒体看教育技术的发展[J].中国教育技术装备, 2007, (07) .
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