实验设计论文范文

实验设计论文范文第1篇

实验目的：在类似船舶摇晃、液货装卸等外来扰动引起的液舱液货晃荡条件下，结合油品在整个液货舱中的传质过程，研究油品蒸发及透气孔处油气的排出规律。在影响油品蒸发传质速率的其他因素（温度、黏度和密度等相关液货特征参数）相同的情况下，将重点考虑液货舱液相厚度（即液货装载率相同）与晃荡强度对油品蒸发、油气传递的影响，以探寻油气的蒸发排放规律。实验内容：构建实物模型实验，研究货舱液相厚度与晃荡强度对于油气排放的作用规律。根据研究目标，基于研究对象的特征，设计两组3种实验方案。第1组为晃荡实验：一是考察在相同液相厚度、不同晃荡强度下透气浓度的变化；二是考察在相同晃荡强度、不同液相厚度下透气浓度的变化。第2组为装货实验：考察在装货过程中（即液相厚度与装货形成的晃荡强度同时改变），透气浓度的变化。

2模型实验设计与流程

2.1模型设计制作及仪器设备

2.1.1模型舱的设计制作综合参考现有大型油船结构尺寸资料，选取单个边舱模型原型尺寸：长25.7m、宽16.1m、舱深18.9m，舱容约为7820m3。根据几何相似原理建立一个约为单个边舱1/40的模型（模型尺寸为：640mm×400mm×470mm，容积约120L）。模型舱使用有机玻璃制成，侧壁留有一个注油孔A（半径r=8mm）顶部留有一个透气孔B（半径R=12mm）和一个仪器固定孔C。同时，为了便于数据的分析与处理，整个模型舱被分为3个区：液相区、气相区和气液边界层（气液边界层是扰动的，这里取平均值）。液相区主要是液态油品，高度用L表示；气相区主要是油气与空气的混合气体，高度用V表示；气相区与液相区的交界处称为气液边界层；整个模型舱的深度为H。

2.1.2液舱晃动模拟平台的设计制作液舱晃动模拟平台是用来模拟油船的油舱受风、浪影响而晃动的实验设备，包括了传动和控制两部分。该装置利用一个液压缸提供推动力，使工作台左右摆动以模拟船体在海上的晃荡。在单片机输入指令后，信号经过数模转化器传给电源，以改变电源的输出电压，进而改变伺服阀两端的输入电流，然后在阀内改变阀芯的开口大小，控制回路的输出流量和压力，从而控制液压缸的运动，最终保证液压缸的运动速度在设计值附近，使工作台产生预期的晃荡效果。

2.1.3仪器设备主要实验仪器：一台计量泵，用于模拟加油；一套液舱晃动模拟装置，用于模拟油船在海上航行时的晃荡情形；一台DR70C系列智能线式红外VOCs检测仪，用于实时记录透气孔处排出油气的浓度；一台计算机，用于存储浓度检测仪记录的数据；两台高清摄像机，分别从正面和侧面记录整个实验过程中模型舱及液相表面的变化。

2.2晃荡实验设计

对于第一组实验，由于液相的晃荡强度与液相厚度及外来晃荡强度有关，因此，为了研究不同液相晃荡强度对透气孔处排出油气浓度的影响，设置7种气液比、5种晃荡强度的交叉晃荡实验。7种气液比分别为1％、3％、5％、25％、50％、75％及95％，5种晃荡强度分别为a（a=0）、b、c和d、e，共计进行35组晃荡实验。其中，外来晃荡强度通过调节液舱晃动模拟平台负载大小来施加。a=0，即晃荡发生装置关闭，液相处于静置状态；b为整个量程的20％；c为整个量程的40％；d为整个量程的60％；e为整个量程的80％。

2.3装货实验设计

对于第2组实验，由于不同的装货速率代表着不同的液面上升速率及液相扰动强度，因此，为了研究不同装货速率对油气产生及排出的影响，共设计7种装货速率：0.38L/min、0.88L/min、1.38L/min、1.88L/min、2.46L/min、2.96L/min及3.46L/min，其装载率都是0～95％。其中装货速率1.38L/min是根据实际油船装货速率按欧拉相似准则（压力差为注油孔内外油品的压力差）得到；装货速率0.38L/min、0.88L/min和1.88L/min、2.46L/min、2.96L/min和3.46L/min是结合计量泵的量程及最小刻度的实际情况，从而设计出0.5L/min装货速率间隔的速度。

2.4模型实验流程

晃荡实验：将浓度传感器安装在透气孔处，将模型舱固定在晃荡发生装置的工作台上，分别调节油品的装载率和模拟平台的晃荡强度，依次进行实验，通过计算机分别记录透气孔处排出油气的实时浓度。每次实验前，模型舱内都充满干净空气，舱内压力为标准大气压。实验时通过空调系统控制环境温度为26℃。装货实验：将油品通过计量泵再经过加油管注入模型舱内，浓度传感器安装在透气孔处，依次进行实验，用计算机分别记录透气孔处排出油气实时浓度。每次加油实验前，模型舱内都充满干净空气，舱内压力为标准大气压。实验时用空调系统控制环境温度为26℃。

3部分实验结果展示

3.1晃荡实验

油品装载率25％（图6），静置时间6h。在静置条件下，当装载率为25％时，透气孔处排出气体浓度规律：前600s左右，透气孔处排出气体中油气体积分数为0；600s后，排出气体中油气体积分数在短时间内迅速上升至60％，随后曲线斜率变小，排出气体中油气体积分数增加速度变慢，直至达到饱和，即油气体积分数Csat=81.6％。形成这种现象的原因：前600s左右，排出的气体主要为原来模型舱中的空气，因此排出的油气体积分数为0；600~2500s后，在模型舱气相区中，由于油气浓度差很大，油气的蒸发扩散非常快，致使透气孔处排出油气的体积分数迅速增加；2500~5000s，随着气相区内油气浓度差的减小，油气的蒸发扩散变慢，造成透气孔处排出油气的体积分数增加变慢；5000s后，气体的蒸发扩散慢慢接近充分，使得舱内油气浓度达到饱和，排出油气的体积分数不再增加。

3.2装货实验

加油速度1.38L/min（图8），加油时间4957s。在装载率达到70％之前，透气口排出气体中油气体积分数处于较低水平，约35％，且上升速率较慢。当装载率为70％～95％时，排出气体中油气体积分数快速上升，最后达到90％，接近饱和（图9）。该实验结果与文献[4]实船所测装货过程中透气孔排气规律相同。形成这种现象的原因：在整个加油过程中，从液面蒸发出油气分子的自然扩散是从高浓度处向低浓度处进行，这使得舱内的油气浓度呈现分层现象，越靠近液面，油气浓度越大。在装载率到达70％之前，主要是进行油气分子的自然扩散，聚集形成油气浓度层。同时，舱内空间较大，油气的对流效应较弱，油气从产生至传递到透气口有延迟效应，因而使该过程中透气口排出的油气体积分数较小。随后，装载率从70％上升至95％，随着液面上升，气相区体积缩小，对流效应越来越明显，延迟效应越来越弱，并且此时油气分子自然扩散也更加充分，因而使透气口排出气体的体积分数上升得越来越快，体积分数值越来越大。

4结束语

研究晃动环境下油舱中油品气液两相质量传递规律是一项复杂且有意义的课题，其有助于探寻在晃荡条件下减少油气蒸发排放的科学作业方法，提高原油海运的安全性和运输效率，同时可以减少环境污染，具有良好的经济效益与生态效益。以上仅列出部分实验结果及相关分析，鉴于晃动环境下油舱中原油气液两相间质量传递的模型实验、流体力学和工程热力学特性的复杂性和特殊性，深入的分析与研究工作极具挑战性和必要性。

实验设计论文范文第2篇

一、实验原型及不足

1.实验原型实验装置如图1。利用热得快分别给质量相同、初温相同的水与食用油加热相同时间（或升高相同温度）。在相同时间内，由于食用油温度升得高些，如果要升高相同的温度，加热水用的时间应延长。2.不足之处本实验用热得快做热源，由于它的功率较大、温度升高过快，很难把握，有一定的危险性。教材中的实验装置还有两个严重的缺陷，一是热得快放置方法不正确，液体没有盖住热得快的发热部分，导致热得快易损坏；二是由于等质量的水和油相比，油的体积大于水的体积，在油中的热得快被浸的体积多些，导致两种液体受热不一致，数据难以令人信服。而且教材上的实验能见度不高，读取温度数据困难。

二、实验创新与改进

1.将新型硅胶加热器固定在容器底部，使得加热均匀、精度高，实现量化实验，极易控制。如图2。教学视点2.使用温度传感器及数显温度计，读取数据方便快捷。3.用220V电压做电源，实验随处可进行；内部装有漏电保护开关，保证用电安全，便于让学生操作。

三、实验器材

自制液体加热器2套，食用油、水各120克，停钟1个，天平1架，两份质量相等的水。

四、实验原理及装置说明

1.实验原理新实验使用控制变量法，通过控制使物质质量相等、吸收热量相同、升高相同温度，比较需用的时间。升高相同温度时，所用时间较长的物质吸收的热量多，则此物质吸收热量的能力更强。2.装置说明新实验采用两套完全相同的硅胶加热器，从底部直接给液体加热，并装上传感器及数显温度计，让测量结果清晰显现。当达到所需温度时，只要将红色开关关掉便可停止加热。如图3。

五、实验设计及结论

实验一：用加热器加热两份相同质量的水，将结果记入表1，并得出结论。结论：质量相等的同种物质，吸收相同的热量时，温度升高的速度相同。实验二：用加热器加热相同质量的水与食用油。将准备好的质量相等的水和食用油倒进两个加热器中，几秒后记录水与食用油的初始温度。打开电源，同时按下停钟开始计时，观察两个加热器中温度计的变化，用停钟记下加热液体每阶段所用的时间，读取相应的温度变化量，并填入表2中。当加热时间达到80s时，记下最后温度，关闭电源，停止加热，分析数据并得出结论。结论：质量相等的两种物质，吸收相同的热量时，温度升得越慢的吸收的热量较多，吸收热量的能力较强。

六、创新点

实验改进后，现象非常明显，减小了实验误差，缩短了实验时间，成功率高；在教学中学生更容易接受比热容的概念。此创新装置功能多，不仅可以探究物质的比热容，还可用来观察水的沸腾、水浴法加热物质、探究焦耳定律等；易操作，实验装置集成化，即取即用；易推广，简洁便携，效果明显。

实验设计论文范文第3篇

笔者结合南开大学信息安全专业实验室的软硬件环境和已有的实验方案，设计了僵尸网络分析实验环境，其基础架构如图1所示。在上述硬件环境的基础上，搭建了自动化、系统性的僵尸程序监控分析平台，其结构如图2所示。该分析平台运行在Ubuntu10．04／12．04操作系统下，主要由4个部分组成。（1）僵尸程序执行过程监控平台。该平台负责僵尸程序的运行监控、执行轨迹的捕获、污点传播分析、符号执行及约束求解等实验任务。该监控平台的主要部分是二进制代码分析平台BitBlaze，包括动态分析部分TEMU和静态分析部分VINE。（2）执行轨迹分析工具包。该工具包由Perl语言实现，完成对执行轨迹的分析实验，比如分析僵尸程序代码空间中的代码覆盖情况，分析僵尸程序执行过程中与系统交互情况等。（3）控制命令挖掘工具包。控制命令挖掘工具包也由Perl语言实现，通过和执行轨迹分析工具的结合，利用部分僵尸程序执行逻辑的先验知识，可以进行对僵尸网络未知控制命令进行挖掘，并在此基础上对僵尸网络的命令控制机制进行进一步的分析研究。（4）僵尸程序行为监控工具包。该工具包由文件系统监视软件FileMon和网络分析软件Wireshark等成熟的系统监控软件组成，工作在Windows系统的僵尸主机下，用于对僵尸程序的宏观行为进行跟踪和监控。

2实验步骤

（1）熟悉监控环境和分析平台的使用。熟悉监控环境的使用，并在其中运行僵尸程序，尝试和僵尸网络命令与控制服务器进行连接和通信；熟悉二进制代码分析平台BitBlaze的使用，学习利用其动态分析组件TEMU进行轨迹捕获、二进制代码插装的技术和方法，熟悉利用静态分析组件VINE进行二进制代码的执行轨迹反汇编及符号执行、约束求解等分析方法。（2）僵尸程序执行轨迹捕获。执行轨迹是僵尸程序路径空间中一条路径的执行过程的详细记录。在BitBlaze平台的TEMU中运行僵尸程序，监控其执行过程，并将从命令与控制信道中接收到的网络数据标记为污点，捕获得到僵尸程序的执行轨迹文件。可以分别捕获僵尸程序在与控制命令服务器无网络交互、有网络交互及接收到不同控制命令等情况的几组不同的执行轨迹，以便于进行对比分析，并用BitBlaze平台中的VINE将这些二进制的执行轨迹文件转换成汇编语言格式。（3）僵尸程序执行轨迹文件分析。对捕获到的执行轨迹文件进行处理和简化，然后编写程序对其进行分析：统计分析僵尸程序执行轨迹中的线程个数及线程号、污点传播过程等信息；分析僵尸程序代码空间中的代码覆盖情况，计算代码覆盖率并分析其特点；统计分析系统API调用情况；从执行轨迹文件构造僵尸程序的控制流图。通过分析，对执行轨迹的特点和僵尸程序的执行逻辑有更加清晰的认识。（4）僵尸网络控制命令提取。根据步骤（3）中的分析结果，结合僵尸程序的固有特点，从执行轨迹中定位到僵尸程序中对控制命令进行判断、处理的命令控制逻辑代码段。定位的方法可以结合参考文献［3］中提出的规律，也希望学生探索和发现新的特点和规则。然后，在可控环境中执行僵尸程序，当执行到命令控制逻辑代码段时，利用代码插装等二进制代码动态分析技术［13］提取出僵尸程序可执行的控制命令。（5）僵尸程序行为分析。在可控环境中再次运行僵尸程序，利用FileMon和Wireshark等软件对僵尸程序的行为进行跟踪监控。其一，在没有与命令控制服务器交互时，分析僵尸程序执行后会有怎样的行为表现，例如自删除、修改系统文件、修改注册表选项、试图连接命令与控制服务器等；其二，在和命令与控制服务器进行交互时，利用步骤（4）中提取出的僵尸网络命令，触发僵尸程序运行，再监控其会有怎样的行为，并总结控制命令与僵尸行为的对应关系。通过多次实验和观察，对僵尸程序的行为和特征进行归纳总结。（6）僵尸网络命令与控制机制的进一步思考和探索。思考上述从僵尸程序二进制文件中挖掘未知命令方法的优缺点，并探索新的改进方法。根据提取出的控制命令及其对应的行为，分析僵尸程序和命令与控制服务器通信的方式，从整体上对该僵尸网络的命令与控制机制进行认识和思考。在上述步骤中，步骤（3）“执行轨迹文件分析”和步骤（4）“控制命令的提取”涉及较多的专业知识和二进制代码分析技术，是本实验的难点。

3实例分析

在TEMU中运行Zeus僵尸程序，在和命令与控制服务器进行通信时，动态捕获了Zeus僵尸程序的3条执行轨迹，其中的线程数、汇编指令总数和系统API调用个数见表1．对3个执行轨迹进行分析，了解Zeus僵尸程序的执行逻辑，利用执行轨迹中的代码块覆盖率特征，从中定位到满足参考文献［3］中提出的覆盖率规律的代码块，其所在代码区域就是僵尸程序的命令控制逻辑代码段。根据此方法，可以定位到的代码段地址范围为0x26e877c—0x26e87a2，其中调用了系统比较函数lstrcmpiw来进行比较，它是一个循环结构（见图3）。将Zeus僵尸程序再次放在TEMU中运行。当僵尸程序运行到命令判定循环的入口地址0x26e877c时，开始监控是否调用判定函数lstrcmpiw。如果发生调用，则修改输入命令为随机数据，使程序进入判定循环。在判定过程中，通过获取用来和输入数据比较的参数，动态捕获了Zeus僵尸网络的25个控制命令。提取出控制命令以后，就可以用这些控制命令作为网络输入来触发Zeus僵尸程序，使其表现出相应的行为。掌握了僵尸网络的命令与控制机制以后，也可以尝试伪造Zeus命令与控制服务器并向僵尸主机发送bot＿uninstall等命令来卸载、删除僵尸程序，瓦解僵尸网络。

4结束语

本文根据僵尸网络的特点，结合南开大学信息安全专业实验室的软件和硬件环境，设计了僵尸网络分析的实验教学平台，并提出了实验目的、方法和步骤。利用本实验平台，学生可以进行僵尸程序行为特征分析、僵尸网络命令与控制机制研究的实验。通过实验，学生可以更加深入理解僵尸网络的基本原理和行为特征，掌握僵尸网络分析的相关技术，进而进行僵尸网络分析与防治的新方法、新途径的探索。本实验环境为信息安全专业学生的实践动手能力和创新能力的培养提供了良好的实验条件。

实验设计论文范文第4篇

1.1活动向导作用简介为了方便教学活动的开展，PacketTracer特意为学生和教师添加了一个有用的工具：活动向导。通过活动向导可以使教师非常方便地为学生创建一个非常具体的网络环境，然后让学生完成这个网络的搭建与配置。通过活动向导可以对考题进行分数的设置，一般情况下每设置一个知识点系统就会给这个点设置1分，而该考试题的总分要视该试题所包含的知识点的数量来决定[1]。当我们进入如图1所示的活动向导对话框以后，可以看到左边有10个按钮，它们分别对应10种不同的功能。⑴【Welcome】是欢迎界面，这个界面对活动向导的功能进行了比较系统的介绍。⑵【VariableManager】是变量管理器。⑶【Instructions】是文字编辑器，教师命题的文字和图片部分就在这里进行编辑。⑷【AnswerNetwork】按钮可以打开一个的窗口，在这个窗口中教师可以为自己设计的网络给出答案。⑸【InitialNetwork】按钮可以打开一个界面，通过这个界面可以设置一个网络让学生来完成搭建和设置。⑹【Password】按钮可以为我们设计的网络问题添加密码。⑺【TestActivity】按钮可以打开PacketTracerActivity窗口，在这个窗口中有我们为问题网络编写的说明，也有测试该网络是否正确的按钮和重置网络的按钮。⑻【CheckActivity】按钮的功能与【TestActivity】按钮基本一样。⑼【Save】按钮的功能是将编写好的网络问题保存在磁盘中，文件的扩展名是pka。⑽【Exit】按钮是当我们结束问题的编辑工作时用来退出活动向导界面返回PacketTracer的界面。

1.2HTML基本使用介绍在活动向导中操作指南是设计网络评估测试题的一个重要环节，通过操作指南用户可以知道应该怎样搭建和设置网络。在操作指南的图文编辑中，有不少HTML语言的标签，这些标签写在尖括号中，在文字的前后各有一个，成对出现，这就是我们所说的HTML语言的标签。与此同时，活动向导为网络试题提供试题答案管理器这项功能。在将设计的网络连通后，会出现一个树状结构，在这个结构中，我们可以为这道网络测试题添加所需测试的内容，也会为每一个内容设置分值。在树形结构列表中FeedbackWhenIncorrect栏是错误操作信息反馈栏，教师可以在这一栏中编写一些反馈信息，如果学生在这项操作中出现了错误，那么系统会把教师所编辑的反馈内容显示出来，这样可以给学生一些提示[2]。

2PacketTracer具体实验案例

PacketTracer模拟器中现有21个实验的学习练习题以及对应的测试题，可供教师在教学、作业、测验中随意使用。每个实验，模拟器都会提供相关的知识、实验拓扑中的路由器IP地址方案以及实验任务和配置过程。根据要求，学生可以进行连线，当完成连线后，学生可以知道自己的完成情况，也可知道所得的分数。以下是其中两个实验案例。

2.1RIP路由协议相关实验设计实验设计思路及背景：RIP是路由信息协议，是使用最广泛的距离矢量路由协议。和其他的距离矢量选择协议一样，它也是遵循距离矢量选择协议的规律，RIP每隔30秒就发送自己完整的路由表到所有激活的接口[3]。为了加强对该协议的学习，本次设计考虑到了RIP协议一些重要的特性，如版本1不支持不连续的网络；版本2默认时不接受版本1的更新信息等等[4]。根据这些特性，本次设计的理念是想办法解决这些问题，使这些功能能够实现。实验设计拓扑：根据实验需解决的问题，RIPv1与RIPv2之间路由选择的解决方案如图2所示。实验设计要点：⑴掌握RIPv1和RIPv2的基本配置。⑵掌握如何让RIPv1和RIPv2兼容。在属于RIPv2网络并连接RIPv1网络的接口上执行命令，可以使得RIPv2网络接收版本1的路由信息，从而实现RIPv1和RIPv2网络的兼容。实验需达到的效果：希望通过两个实验设计的全过程让学生更加熟悉RIPv1和RIPv2的差异性和统一性，在今后路由协议的运用中做到游刃有余。实验主要涉及协议：路由信息协议是一种使用最广泛的内部网关协议，是在内部网络上使用的路由协议(在少数情形下,也可以用于连接到因特网的网络)，它可以通过不断地交换信息让路由器动态地适应网络连接的变化，这些信息包括每个路由器可以到达哪些网络，这些网络有多远等[5]。RIP是由“网关信息协议”发展过来的，可以说网关信息协议是RIP的最早版本。后来的一个版本才被命名为“路由信息协议”，是Xerox网络服务协议簇的一部分[6]。

2.2OSPF协议相关实验设计本次实验设计思路及背景：OSPF协议是一个链路状态协议，其分层次的概念深受许多企业的青睐，在许多企业网络、校园网络中OSPF都是网络规划师优先考虑使用的路由协议。基于该协议使用的广泛性和实用性，就有了本次实验设计的构想。实验设计拓扑如图3所示。实验设计要点：希望学生深刻理解区域的概念。OSPF提出了“区域”的概念，一个网络可以由单一区域或者多个区域组成。其中一个特别的区域被称为骨干区域，该区域是整个OSPF网络的核心区域，并且所有其他的区域都与之直接连接[7]。⑴掌握OSPF基本配置。⑵理解DR和BDR的选举过程并控制选举。同一个广播域的路由器或者一个点对点连接的两端的路由器，在发现彼此的时候，建立邻接[8]。OSPF协议同时使用单播和组播来发送Hello包和链路状态更新，使用的组播地址为224.0.0.5和224.0.0.6。与RIP和BGP不同的是，OSPF协议不使用TCP或者UDP协议而是承载在IP协议之上，IP协议号为89，工作在OSI模型的传输层[9]。⑶多路访问网络以及非广播多路访问网络的路由器会选举指定路由器（DR）和备份指定路由器（BDR），DR和BDR作为网络的中心负责路由器之间的信息交换从而降低了网络中的信息流量。OSPF协议同时使用单播和组播来发送Hello包和链路状态更新，使用的组播地址为224.0.0.5和224.0.0.6[10]。

3实验结果归纳及问题分析

3.1设计结果归纳本次设计实现了两方面的功能，一方面是教师编写基于PacketTracer的路由器配置的测试题目，设置分值，设置测试时间及管理密码等，并且可以跟踪检查学生对于路由器配置的掌握程度，方便辅导学生；另一方面，学生通过这样的测试系统可以在做题的过程中了解自己配置的进程，还可以一边配置，一边检查，方便自测，查找配置缺陷、网络连通障碍等等。尽管在时间以及操作上对考生做了限制，采用PacketTracer来进行实验反倒能加快学生对知识的掌握速度，避免了将很多时间浪费在物理硬件设备的连接和调试上。

3.2设计中所遇问题分析本次设计中主要做的就是展现PacketTracer相对于其他网络模拟器的优势方面，从而为将PacketTracer应用于计算机网络实验课程的教学做适当的铺垫。系统设计还存在欠缺，有很多模块操作还不够人性化，对很多错误信息的处理还不够全面。所开发的PacketTracer软件也有一定的限制，比如说在实现控制列表方面，不能够使用自反控制列表等。

4结束语

本次设计主要研究PacketTracer网络模拟器并应用其设计和开发针对计算机网络课程的网络案例。我们尝试将PacketTracer软件引入计算机网络工程课程教学中，利用PacketTracer软件作为教学工具进行计算机网络工程实践教学的平时练习和测验，既节省了可观的仪器设备购置费用，同时也通过仿真演示使抽象的基础理论和基本概念变得通俗易懂，弥补了实验手段不足等问题。利用该系统可以增强PacketTracer中ActivityWizard模块的功能，对此有待进一步研究，这样可以同步设置多个测试项目，而不用针对每个具体项目都制作一次PacketTracer，检查的结果直接通过网络提交到教师机，方便教师进行阅卷。

实验设计论文范文第5篇

激发学生探究欲望如果没有实验设计的场景，大部分学生会感觉到无从下手。所以要让学生主动探究，必须给学生创设一个形象生动的场景，既能激发学生的探究欲望，又能激活学生的预备知识，让学生的思考有明确的方向，进入实验方案自主设计的理想思维状态。在“气体的等温变化”教学中，笔者用一个小实验设置实验情境：取一个剥去外壳的熟鹌鹑蛋，放在一个口径略小于它的烧瓶瓶口处，把烧瓶浸入热水中，一会儿后，鹌鹑蛋会向上弹出；把烧瓶浸入冷水中，一会儿后，鹌鹑蛋会向下进入烧瓶。让学生在鹌鹑蛋可以完好无损地向上弹出和向下进入烧瓶的惊奇中，设置引导问题，鹌鹑蛋在某一瞬间为什么会向上弹出（或向下进入烧瓶），激发学生对将要学习的气体问题产生浓厚的兴趣，提出要探究的问题：一定质量的气体，在温度不变的条件下其压强与体积变化时的关系。这样的设计符合学生的认知规律。

2教师引导

对问题进行科学猜想如果学生没有经过科学猜想就进行实验设计，学生不知道实验的目的，实验设计就难以进行下去，不能培养学生的猜想能力，经历的探究过程也不能锻炼创新思维。所以教师必须引导学生根据已掌握的物理知识、随堂实验和生活经验，把学生引入科学猜想的情景，有理有据地对问题进行猜想，明确探究的方向。在探究“影响导体电阻的因素”的教学中，笔者通过下面3个现象引导学生猜想：①滑动变阻器的滑片移动，电阻变化；②使用的是220V的灯泡，灯丝越粗越亮；③电线常用铜丝制造而不用铁丝。这样的设计给学生的探究指明了方向，学生一步一步地得出自己的科学猜想。

3教师引导

选用实验器材如果教师直接给学生提供实验器材，并介绍各种实验器材的功能，代替了学生的探究和猜想，学生没有学会遇到困难如何解决问题的方法。所以可以给学生预备多种器材，包括一部分无用器材，让学生在问题的引导下思考实验的原理，选用器材，思考有没有更好的替代器材，有没有创新，体现探究的开放性。在“测定电池的电动势和内阻”的实验中，笔者陈列一些实验器材：干电池、安培表、伏特表、滑动变阻器、电阻箱、电键和导线若干根等，让学生选择器材，自行设计电路图来完成实验。笔者用下面的问题来引导学生选择实验器材：①需要什么仪器，采用什么样的电路图，原理是什么；②选择什么规格的器材，被测干电池选内阻较大的还是较小的，伏特表选什么量程，安培表选什么量程，滑动变阻器选阻值较小的还是较大的。通过这样的设计引导学生重视分析实验器材与实验目的和原理的联系，分析为什么要选用这些器材，这些器材有什么用途，把本实验的知识融合在一起，在分析问题的过程中培养学生独立思考的能力。

4问题引导

自主设计初始实验方案学生根据自己的预备物理知识，在教师的问题引导下自主设计检验猜想的实验方案，包括根据实验要求理解实验原理、先后测量哪些物理量、具体如何操作、编写实验步骤、设计实验表格等。在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，笔者用下面的问题来引导学生进行初始方案的设计。①物体的加速度与它受的力、质量这两个因素均有关，应采用什么实验方法得出加速度与力、质量三者间的定量关系？②这个实验需要测量的物理量有哪些？③怎样测量小车的加速度？需要什么器材？请同学们设计一个可行的实验方案。④我们要让细线对小车的拉力等于小车受到的合力，怎样平衡掉阻力？阻力来自哪些方面？怎样才算平衡掉了阻力？通过以上问题的引导，学生知道了实验的方法，解决了实验设计中的困难，最后大多数同学都能设计出自己的实验方案。

5小组合作交流

进一步优化实验方案由于每个学生的实验方案设计水平不一样，思考问题的角度也不一样，得出的实验方案就有若干种，所以有必要对初始实验方案通过小组合作的方式进行交流，交流初始实验方案中未解决的问题。着重交流实验器材的选用、实验如何改进、实验各部分的前后顺序如何安排、实验数据的表格如何设计、组内成员如何分工、实验过程中应注意的问题等，从而进一步改进实验方案，最终得出较合理的实验方案。在“探究功与物体速度变化的关系”的教学中，学生在教师适当的点拨指导下，自主设计出可行的实验方案，并在各小组内交流后展示，有的小组受“探究加速度与力、质量的关系”实验的启发，由钩码提供牵引力拖着小车做实验，可以通过改变钩码个数的方法来改变功的大小，探究拉力做功与小车速度变化的关系。还有的小组受拉力器的启发，由橡皮筋提供牵引力，探究橡皮筋对小车的弹力做的功和小车速度变化的关系。师生经过交流，认为既可以考虑用恒力做功，也可以用变力做功。如何探究功与小车速度的关系？进行若干次测量，得到若干组功和速度的数据，然后利用这两组数据研究功与小车速度的关系，最后讨论功的确定与速度的测定的方法。

实验设计论文范文第6篇

1.弹性元件的虚拟模型根据导体材料的应变电阻效应，电阻的相对变化与应变之间的关系。为了获得电桥输出与载荷的关系，需要构建弹性元件的数学模型。电阻式传感器的弹性元件结构有圆筒式、柱环式、悬梁式和轮辐式四种基本类型，各种不同的结构型式的弹性元件应变ε与载荷F的关系如下所示。（1）柱筒式弹性元件其中E为弹性模量，A为横截面积。（2）柱环式弹性元件其中R0为内环半径，b为柱环宽度，h为柱环厚度，E为弹性模量。（3）悬梁式弹性元件其中l为有效长度，b为悬梁宽度，h为悬梁厚度，E为弹性模量。（4）轮辐式弹性元件其中b为轮辐条厚度，h为轮辐条宽度，G为剪切模量。将四种弹性元件类型设计在一个子VI中，通过操作“弹性元件类型”下拉列表进行选择。

2.虚拟电桥模型电桥是目前常用的电阻式传感器测量电路，整个电桥电路由四个桥臂组成，当桥臂接入应变电阻时则成为应变电桥。当有一个臂被接入应变电阻时，被称为单臂电桥；两个臂被接入应变电阻时则为双臂电桥（也称半桥）；四个臂均被接入应变电阻时则称为全桥。在桥路中均未接入应变电阻时。

3.电阻属性和接桥方式设计前面板（如图1所示）上电桥部分的电阻属性分为固定电阻、应变电阻和平衡电阻三种，应变电阻的贴片方式分为受拉应力和受压应力。（1）电阻属性。图1中的电阻R1的属性只有两种：应变电阻和固定电阻。该属性通过操作“R1”设置开关进行选择。若R1为应变电阻属性，其阻值会随载荷F的增减而产生相应的ΔR1以及因温度变化产生的ΔR1t。电阻R2的属性与R1相同。通过操作“R2”设置开关可以选择R2的属性。若R2作为应变电阻，则会随载荷F的增减而产生相应的ΔR2以及因温度变化产生的ΔR2t。若操作“差动设置”开关，则可使R2的受力方式为受压应力，从而会随载荷F的增减而产生相应的-ΔR2以及因温度变化产生的ΔR2t。R3，R4需要参与调平电路的设计，因此接线也会相对复杂。通过操作“R3”和“R4”设置开关对该电阻进行属性操作。图中出现的Rr显示框为调零电路中的R5的右半部分与R6串联然后再与R3并联后的阻值。Rl显示框为R5的左半部分与R6串联后再与R4并联后的阻值。（2）接桥方式的设计。虚拟前面板上的电桥工作方式分别为：不工作、单臂工作，半桥工作和全电桥工作方式四大类型。对于半桥和全桥方式，其中应变片又分为差动和非差动两种布片方式。不工作方式指的是R1，R2，R3和R4都设置成固定电阻。该方式无论怎样施加外力，输出始终为零。单臂工作时将R1设置为应变电阻，R2、R3、R4设置为固定电阻。此时，按“R1”按钮，“R1”按钮变绿，图中应变电阻R1如果显示向上的箭头，表明该应变电阻受拉应力，对应电阻值增大；如果应变电阻R1显示向下的箭头，表明该应变电阻受压应力，对应电阻值减小。半桥非差动工作时，R1、R2设置为应变电阻，R3、R4设置为固定电阻。按下“R1”、“R2”两个按钮，两者均变绿表示接入工作臂，同时电阻R1、R2上的箭头方向一致，表示应变片受到相同性质的应力，此时电桥输出基本为零。半桥差动工作时，R1、R2设置为应变电阻，R3、R4设置为固定电阻。按下“R1”、“R2”两个按钮，两者均变绿表示接入工作臂，同时电阻R1显示向上箭头，R2显示向下的箭头，表示对应的应变片受到拉应力和压应力。全桥非差动工作时R1、R2、R3、R4属性均为应变电阻，此时，按下“R1”、“R2”、“R3”、“R4”按钮，均变为绿色。四个电阻上的箭头方向一致，表明四个电阻受相同性质的应力，此时电桥输出基本为零。全桥差动工作时，“R1”、“R3”电阻箭头向上，表示受拉应力；“R2”“R4”箭头向下，表示受压应力。

4.温度误差计算及补偿在讨论应变计的工作特性时通常是以温度恒定为前提的，但在实际应用过程中，工作温度可能会发生变化，从而导致应变电阻的阻值发生变化。设工作温度变化为Δt℃，则由此引起粘贴在试件上的应变电阻的相对变化为。将公式（11）代入公式（7）-（10），即可以计算出温度变化时的电桥输出，该输出即为温度误差。单臂工作时，采用补偿块法进行温度误差补偿，该方法利用两块参数相同的应变计R1、R2，R1贴于试件上并接入工作臂，R2贴于与试件材料相同温度环境的补偿块上，但该补偿块不参与机械应变，同时接入电桥相邻臂作为补偿臂。当接通电源并施加负载时，补偿臂产生的热输出与工作臂产生的热输出相同，则可达到温度误差补偿的目的。对于半桥差动和全桥差动工作方式，根据公式（10）的和差特性即能进行温度误差补偿。5.非线性误差计算及补偿公式（10）是对公式（9）进行线性化后的输出。对于单臂工作时，非线性误差可以通过在电路中加入补偿臂（该臂不受外加应力作用）。对于半桥差动和全桥差动工作方式，不需要外接补偿电路，因为差动工作方式具有很好的非线性补偿作用。

二、虚拟操作面板的设计

用LabVIEW软件开发虚拟仪器，用户能“量身定制”仪器的操作面板。本实验根据真实的电阻式传感器实验电路接线图作为虚拟仪器的操作面板，能直观地阐述电阻式传感器实验原理及操作方式，虚拟面板如图1所示，主要包括虚拟弹性元件选择、应变电阻布片方式选择、电桥接法选择、电桥调零模块、差动放大模块、直流电源模块。此外前面板还包括电阻、外力、温度的赋值等。

三、远程虚拟实验的演示步骤

电阻式传感器实验的远程操作分别由DataSocket技术与Web网络工具来实现。DataSocket技术以及网络化技术的结合使虚拟仪器的远程控制成为可能，可在若干计算机上对传感器虚拟实验进行操作及数据处理。这为传感器虚拟实验的互动教学提升了便捷性。电阻式传感器虚拟实验的远程操作过程如下：第一步，打开服务器网页。第二步，输入R1、R2、R3、R4的阻值。第三步，选择弹性元件类型。第四步，设置接桥和布片方式。第五步，打开电源开关。第六步，调节调零电位计，直至电桥近似达到初始平衡状态。第七步，点击“施力F”按钮。第八步，查看客户端网页，查看电桥输出曲线。第十步，点击服务器面板中的“复位键”，使所有选项、开关及输入数据均清零和初始化。第十一步，关闭电源开关。

四、结束语

电阻应变片传感器远程虚拟实验设计充分利用了LabVIEW虚拟仪器开发环境的优势及特性，实现了较为完善的仿真真实仪器的实验操作过程，人机操作界面友好。结合DataSocket及Web等工具实现了虚拟实验的远程测控，大大提升了该虚拟实验的实用性。在做传统电阻式应变片传感器实验之前，学生可以随时随地进行该传感器的虚拟实验，不仅能使学生加深对传感器理论知识的理解，而且能帮助学生在做传统实验时减少接线错误，理解传统实验的输出特性。该虚拟实验是传统实验的有益补充。

实验设计论文范文第7篇

实验的硬件环境为两台计算机：一台作为宿主机，运行各种安全实验的代码；另一台作为调试机，运行被实验的内核。两台机器通过串口进行连接，传送调试指令和调试数据。具体实验时，可使用虚拟机以WRK内核引导系统运行，既可以防止实验对真实的硬件和文件系统产生负面影响，也可以方便地通过一个命名管道连接虚拟机和物理机，将虚拟机作为被调试机、物理机器作为调试机来进行实验。

2实验模块

实验内容的设计是以Hook技术为基础，从影响操作系统安全的外设事件、进程保护、文件管理、网络安全等方面进行设计。Windows操作系统是建立在事件驱动机制之上的，系统各部分之间的沟通也都是通过消息的相互传递而实现。Hook（钩子）技术是Windows系统的一种非常重要的接口，可以截获并处理在其他应用程序之间传递的消息，并由此完成一些普通应用程序难以实现的特殊功能。Hook技术分为应用层Hook技术和内核层Hook技术。该实验采用Hook技术设计了全局键盘监听、进程隐藏与保护、文件监视、网络监听等具体实验内容。

2.1全局键盘监听

本模块的实验目的是让学生理解Windows的消息处理机制——回调函数、Hook技术的原理，并能运用这些原理改变系统消息的控制权，达到维护系统安全的目的。实验内容是通过回调函数定制新的键盘钩子，在主控机上通过windbg把钩子以DLL的形式加入到目标机的所有运行进程中，实现全局键盘监听。钩子函数将获取的键盘信息返回给主控机，在其dbgview上显示键盘的输入信息。

2.2进程隐藏与保护

本模块的实验目的是为了让学生理解系统服务的原理和执行流程，并能利用SSDTHook技术改变系统服务的地址和执行流程，达到改变相关进程的控制权并保护该进程的目的。实验内容分为两部分，首先是通过修改SSDT（即系统服务描述符表）中NtQuerySystem-InformationAPI的地址，将其替换为自定义的服务函数NtQuerySystemInformation（即SSDTHook）地址，实现在被调试机中隐藏指定进程的目的；然后，通过修改SSDT中NtTerminateProcessAPI阻止进程被任务管理器等进程管理工具杀掉，达到保护进程的目的。为了保证系统的稳定性(至少不让其崩溃)，应当在自定义的服务函数中调用系统中原来的服务。

2.3文件监视

本模块的实验目的是为了让学生理解文件监视的原理，运用相关的Hook技术保护指定文件，达到防止病毒木马等恶意修改或删除文件、维护文件系统安全的目的。实验的内容是当删除一个需要受保护文件时，利用SHFileOperationHook替换原来的API函数，禁止删除该文件的操作，并提示该文件受保护。

2.4网络监听

本模块的实验目的是帮助学生理解网络抓包技术的原理，并运用相关的HookWinSocketAPI实现抓包，达到监测网络传输和排除网络故障的目的。实验内容是首先利用Hook技术完成消息的截获，提取出感兴趣的消息；其次，利用API拦截技术拦截相应的网络程序的SOCKET网络函数；第三，利用DLL技术将HookAPI拦截的代码封装，利用EXE程序将DLL映射到进程中。相关网络函数被调用时将触发API函数拦截。最后，从网络函数中提取我们想要得到的数据包。

3实施方法

操作系统安全实验是信息安全专业实践内容的重要部分，由于实验内容需要一定的内核知识基础且具有一定难度，因此将其定位为开放式实验，并安排在操作系统原理和信息系统安全等相关专业课程学习之后实施。借助网络学习平台，将所有实验信息对信息安全专业学生开放；学生按照教师定制的学习路径，自主获取实验的基本信息、网络查询实验资料和相关技术及应用方法、自主完成实验步骤、提交实验结果，并可以在实验过程中改进实验内容。对于实验要求，教师可以在学习路径中分别指定基础性要求和创新性要求，这样既能保障基础安全实践能力的训练内容，又能激发学生的创新能力。

4结语

WRK内核为操作系统安全实验提供了基础，操作系统安全实验的设计丰富了信息安全专业在系统安全方面的实践环节，促进了学生对Windows内核安全原理的理解，为提升学生系统安全实践能力提供有效的实践过程支持，还增强了学生信息系统安全意识。后续工作，我们将从操作系统安全的各个层次进一步拓展和完善实验的内容。

实验设计论文范文第8篇

一、基于传感技术探究实验设计

在教学实践中我利用传感技术仪器进行实验能够得到很好的实验效果。分析教材、根据教学目标及学生的年龄特点合理选择利用数字化传感器材能够有效提高课堂实验效果。课堂实验探究的高效，传感技术仪器的有效使用，不仅需要分析教材，合理选材，还需要精心设计实验方案。只有通过有效的实验设计和规范的实验操作，以学生为主体性，让学生配合教师来完成实验，学生便于理解，又可增加学习兴趣，才能使实验变得简单易行，达到教学目标。以下是四上年级《运动起来会怎样》一个有关于心率传感器的实验。首先，连接手握心率传感器、界面和计算机。其次，启动LoggerPro或LoggerLite软件，最后，程序将自动识别手握心率传感器，这样就可以准备采集数据了。测量一个人在激烈活动，例如做跳跃运动前、之间和之后的心率；测量一个人在运动后的心率返回平常心率要多久。让学生在探究实践的过程中，注重体验和感悟，又便于学生对知识的接受和理解，从而也激发学生的兴趣。

二、传感技术探究实验室的组建

为了提高实验探究效率，保证实验教学的有效开展，创建探究实验室，合理利用“数字化”仪器设备是非常重要的。数据采集器和传感器的配备，主要用于采集并储存实验数据并根据探究需测定的参数。通过政府采购，我们采购到探究实验室套材，主要有湿度、音高、音量、光强、pH值、溶解氧浓度、电流、电压、氧气含量、二氧化碳含量等传感器，还可以根据需求来自行选择；同时，这些仪器的轻巧与便携还为学生进行户外探究提供了可能。计算机软件的安装将传感器插入计算机时，传感器可以精确地测量实验中获取的各种数据，并通过数据采集器传到计算机中，计算机经由配套软件将数据以表格和图像的形式呈现，并进行分析处理。

三、传感技术实验器材在拓展课程中的应用

科学课堂实验的时间和空间是有限的，而学生对科学世界的探索是无止境的。因为孩子对科学实验的喜欢，我们将开放实验室，让学生快速了解掌握新器材的特点：以其丰富的传感器，准确、快速的测量，以及多功能的软件支持，为孩子们提供了一个科学探索的技术平台，丰富了创新实验的内容。如水果电池、蜡烛的燃烧、金鱼存活的秘密、探究植物的光合作用等。孩子们充分利用这些器材，想办法解决难题的过程中，自主建立起正确的科学精神和态度，逐步理解科学探究的本质。通过由扶到放，通过学生的亲身参与，基于传感技术的实验仪器才能真正成为学生科学探究的乐园。

实验设计论文范文第9篇

实验前将所用试剂都置于电热恒温干燥箱中，在110℃条件下烘干处理3h，脱水后密封保存备用。以转炉提钒钒渣为参照［8－9］，配置实验试样组成的质量分数见表1。配好的试样放入玛瑙研钵中研磨，保证样品充分混匀。实验材料准备好后进行以下实验：（1）差热分析法（DSC）实验：利用DSC精确测定试样的相变和反应温度。使用氩气（99．99％）作保护气氛，流量为2L／min。设备升温和降温速度为10℃／min，试样量为10mg［10］。（2）高温淬火实验：为确认FeO与V2O5发生的反应和生成的物质，以DSC测定的相变温度为依据进行高温淬火实验。试样装入MgO坩埚（33mm×29mm×50mm），放入二硅化钼炉中，加热到试样的液相线温度以上50℃，然后再降到至相变温度并保温一定的时间后迅速取出，置于水中淬冷。（3）样品表征：X衍射分析淬冷后的试样物相；采用扫描电镜观测样品形貌及尺寸。

2结果与议论

2.1差热分析试样经升温熔化后均匀性更好，故本实验以DSC降温曲线结果为准。从DSC降温曲线中得到试样的相变温度见表2。从表中可看出：1—4号试样在600℃左右开始熔化产生相转变，原因是1—4号试样中FeO含量较低，有放热峰出现所致；随着试样中FeO含量增加，试样的熔点升高，600℃左右不易发生熔化而产生相转变；1—7号试样在接近800℃左右均发生相变，原因是V2O5发生了分解反应：V2O5V2O3＋O2；3—10试样在970℃、1300℃、1450℃左右均发生了相变或反应。

2.2XRD分析试样高温淬火后用RigakuD／MAX2500衍射仪进行分析。试样在970℃保温2h后迅速取出用水淬冷，部分试样的分析结果见表3。图1和图2分别是试样10在1450℃和1300℃保温后得到的X衍射图谱。分析X衍射结果发现，FeO－V2O5体系在高温下发生了反应，970℃时主要生成钒酸铁FeVO4，1300℃和1450℃时主要生成反式钒铁尖晶石Fe2VO4；随着FeO含量的增加，体系中的物相减少，只有Fe2O3由此可以看出，FeO和V2O5之间发生了一系列氧化还原反应，其反应的实质是V2O5在反应开始时发生分解得到V2O3和O2，FeO被氧化成Fe2O3，V2O3与FeO和Fe2O3同时发生反应生成Fe2VO4，未分解完的V2O5与Fe2O3发生反应生成FeVO4。

2.3SEM分析通过扫描电镜可以更直观形象地观察铁钒体系中的物相结构。图3为试样分别在1450℃、1300℃保温30min的SEM。从图中可以看出，铁钒体系主要组成为钒铁尖晶石相和铁氧化物相，图中灰白色物相为尖晶石相，黑灰色物相为铁氧化物相。由1300℃保温得到的钒渣矿相中尖晶石的粒径明显比1450℃保温得到的尖晶石粒径大，其尺寸分布范围也较宽，主要分布在10～30μm之间。在1450℃保温时，尖晶石粒径主要分布在10～25μm之间，尺寸相对较小。这是由于高温下形核率大于晶体长大速率，所以形核较多，晶体尺寸较小；当温度降低时，形核率增大，但其增长率小于晶体长大速度，所以随着保温温度的降低，尖晶石平均晶粒尺寸增加。

3实验内容拓展

本文所设计的综合实验是研究型实验。学生可以在教师指导下完成系列实验，包括熟悉实验内容、设计实验方案、准备实验材料、完成实验操作、分析实验结果和撰写实验报告。通过该研究型实验，激发学生获取新知识的欲望，催化学生创新的热情，使学生更加注重知识体系的系统性和整体性，从而完成理论—实践—理论的循环过程。应用TRIZ理论的动态化原理［11－12］，还可以对实验内容进行拓展，不断扩充和更新实验内容：（1）进行铁钒体系平衡的热力学计算。学生可根据最小吉布斯自由能原理进行计算，验证实验结果和理论计算的一致性。（2）探索钒铁尖晶石结晶规律。学生可在前期研究的基础上，自主设计实验方案，探索影响钒铁尖晶石结晶规律的因素。（3）从FeO－SiO2－V2O5系着手，探索钒氧化物的行为，为改进造渣制度提供理论依据。（4）探索焙烧浸出方式制取钒氧化物时工艺参数对钒铁尖晶石的影响。

4结束语

本文将科研成果转化为学生可实际操作的综合实验。该实验涉及材料成分设计、制备加工、组织性能表征等内容，知识点丰富。通过本实验可帮助学生巩固基础理论知识，培养综合运用知识进行科学研究的能力。同时，根据实验条件和学生开展实验的情况，应用TRIZ理论，可对本综合实验内容进行拓展，激发学生获取新知识的欲望。

实验设计论文范文第10篇

（一）实验分析

高锰酸钾制取氧气是利用酒精灯、试管、铁架台、导管、集气瓶、水槽等仪器，通过加热高锰酸钾制取氧气，利用排水法来收集氧气。学生不仅要掌握实验原理、目的，实验仪器和药品的使用方法及注意事项，实验步骤、化学方程式的书写等内容，还要培养观察、分析能力和实践操作能力。

（二）《高锰酸钾制取氧气》的实验目的

（1）通过虚拟实验中的文本展示工具，使学习者了解实验目的、原理和方法。

（2）通过对虚拟实验的操作，掌握药品的选择以及仪器连接的先后顺序，能够动手制取氧气。

（3）通过对实验过程、现象的观察、分析实验反应机制，加深对实验的认知和理解。

（三）《高锰酸钾制取氧气》的虚拟实验活动设计

学生要完成虚拟实验首先需要安装Secondlife客户端，进入Secondlife虚拟环境，通过以下流程完成整个虚拟实验。

（1）准备阶段：学习者通过Secondlife提供的地图工具搜索到虚拟实验室地标并通过瞬间移动工具进入虚拟实验室。

（2）实验阶段：学习者通过人-机交互选择事先通过3D建模工具创建好的虚拟实验仪器、药品并通过资源工具查询相关仪器的使用方法及实验装置图，完成实验仪器的装置；点击各个实验仪器、添加药品来完成实验。

（3）评价反馈阶段：教师根据学生提交的实验报告和学习者的学习记录对学习者本次实验进行一个综合评价，并将评价结果通过评价反馈系统及时反馈给学习者。

二、《高锰酸钾制取氧气》的虚拟实验环境设计

本研究以《高锰酸钾制取氧气》为例设计的虚拟实验环境。以实验过程的设计为理论基础从场景及模型设计、交互设计、支持工具设计、特效设计、评价设计这几方面设计三维虚拟实验环境。

（一）实验环境的场景及模型主要虚拟教室、虚拟实验室和仪器设备组成

虚拟教室由讲台、桌椅、多媒体系统、音响设备、电子白板、书柜、书、电脑组成，供学习者实验后进行交流、报告、探究、形成实验结论。虚拟实验室主要由实验环境、实验操作台、水池、药品柜、灭火设备为为学习者完成实验并获取实验数据。仪器设备主要是酒精灯、试管、铁架台、导管、集气瓶、水槽、铁夹、烧杯。药品耗材主要是高锰酸钾等。

（二）交互系统设计

（1）人机交互设计：在实验中通过操作交互，学习者能够感受到实验设备的控制感和体验感。在Secondlife中，利用创建工具可以实现简单的“点击”“移动”“坐在上面”等操作，Secondlife提供的林登脚本语言可以设置改变物体的性质、运动方式、运动轨迹、对外力的反应等等，能够较好地支持学习者的操作交互。

（2）交流工具：学习者在实验过程中和老师、同伴交流的方式主要有在线的同步交流和异步交流。

（三）支持工具设计

实验支持工具是指支持学习者完成实验的所有工具，本研究的支持工具主要包括搜索工具、资源工具、实验认知工具、评价反馈工具等。搜索工具主要是地图工具和瞬间移动工具通过它们是搜索定位各种学习场所、用户，并瞬间移动到目的地。资源工具包含Secondlife内部资源和外部资源。内部资源主要是3D浏览器；外部资源包括各大搜索引擎。这些工具可以搜索Secondlife内部和外部各种信息资源实验认知工具主要包括3D建模工具、拍摄工具、记事本工具主要为为实验过程中学习者观察记录实验现象、采集数据提供支持。评价反馈工具主要包括问卷系统（choicer、Quizchair）、学习记录系统（Tracker）、Web-Intercom，为实验后学习者自评、反思以及教师评价反馈提供支持。

（四）特效设计

在Secondlife中，通过粒子系统结合林登脚本语言可以营造烟雾、火焰、气体、雪花等各种现象。在本实验中酒精灯加热的火焰、水槽里面的气泡、集气瓶中的氧气、反应过程中的烟雾、药品晶体的状态变化等效果都可以通过粒子系统来实现。

三、结论

本研究利用Secondlife虚拟环境的情境性、操作交互性和Sloodle平台对实验过程的控制和管理等特性创建了基于Secondlife的虚拟化学实验。该实验具有沉浸感强、深度操作交互、精密的反应机制控制和过程管理等特点，可有效解决当前中学化学实验教学无法培养学生实践能力，不能促进学生对实验过程的认知和理解等问题.