發(fā)布時間：2023-03-17 18:01:32
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的試驗設(shè)計論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
關(guān)鍵詞：射頻識別技術(shù)射頻卡分類
引言
射頻識別技術(shù)(RFID，RadioFrequencyIdentification)實際上是自動識別技術(shù)(AEI，AutomaticEquipmentIdentification)在無線電技術(shù)方面的具體應(yīng)用與發(fā)展。該項技術(shù)的基本思想是，通過采用一些先進的技術(shù)手段，實現(xiàn)人們對各類物體或設(shè)備(人員、物品)在不同狀態(tài)(移動、靜止或惡劣環(huán)境)下的自動識別和管理。
目前，應(yīng)用最廣泛的自動識別技術(shù)大致可以分為光學(xué)技術(shù)和無線電技術(shù)兩個方面。本文主要介紹自動識別技術(shù)在無線電技術(shù)方面的應(yīng)用。
1射頻識別技術(shù)簡介
20世紀80年代，由于大規(guī)模集成電路技術(shù)的成熟，射頻識別系統(tǒng)的體積大大縮小，使得射頻識別技術(shù)進入實用化的階段，成為一種成熟的自動識別技術(shù)。
射頻識別技術(shù)是利用射頻方式進行非接觸雙向通信，以達到識別目的并交換數(shù)據(jù)。它與同期或早期的接觸式識別技術(shù)不同。RFID系統(tǒng)的射頻卡和讀寫器之間不用接觸就可完成識別，因此它可在更廣泛的場合中應(yīng)用。
典型的射頻識別系統(tǒng)包括射頻卡和讀寫器兩部分。
射頻卡是將幾個主要模塊集成到一塊芯片中，完成與讀寫器的通信。芯片上有EEPROM用來儲存識別碼或其它數(shù)據(jù)。EEPROM容量從幾比特到幾萬比特。芯片僅需連接天線(和電池)，可以作為人員的身份識別卡或貨物的標識卡。卡封裝可以有不同形式，比如常見的信用卡及小圓片的形式等。與條碼、磁卡、IC卡等同期或早期的識別技術(shù)相比，射頻卡具有非接觸、工作距離長、適于惡劣環(huán)境、可識別運動目標等優(yōu)點。
在多數(shù)RFID系統(tǒng)中，讀寫器在一個區(qū)域內(nèi)發(fā)射電磁波(區(qū)域大小取決于工作頻率和天線尺寸)。卡片內(nèi)有一個LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同。當射頻卡經(jīng)過這個區(qū)域時，在電磁波的激勵下，LC諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷。在這個電容的另一端，接有一個單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)儲存。當所積累的電荷達到2V時，此電容可作為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接取讀寫器的數(shù)據(jù)。讀寫器接收到卡的數(shù)據(jù)后，解碼并進行錯誤校驗來決定數(shù)據(jù)的有效性，然后，通過RS232、RS422、RS485或無線方式將數(shù)據(jù)傳送到計算機網(wǎng)絡(luò)。簡單的RFID產(chǎn)品就是一種非接觸的IC卡，而復(fù)雜的RFID產(chǎn)品能和外部傳感器接口連接來測量、記錄不同的參數(shù)，甚至可與GPS系統(tǒng)連接來跟蹤物體。
工作原理如圖1所示。
2射頻識別技術(shù)的分類
射頻識別技術(shù)主要按以下四種方式分類。
(1)工作頻率
根據(jù)工作頻率的不同可分為低頻和高頻系統(tǒng)。①低頻系統(tǒng)一般指其工作頻率小于30MHz的系統(tǒng)。其基本特點是：射頻卡的成本較低、標簽內(nèi)保存的數(shù)據(jù)量較少、閱讀距離較短(無源情況，典型閱讀距離為10cm)、射頻卡外形多樣(卡狀、環(huán)狀、鈕扣狀、筆狀)、閱讀天線方向性不強等。低頻系統(tǒng)多用于短距離、低成本的應(yīng)用中，如多數(shù)的門禁控制、動物監(jiān)管、貨物跟蹤。②高頻系統(tǒng)一般指其工作頻率大于400MHz的系統(tǒng)。高頻系統(tǒng)的基本特點是射頻卡及讀寫器成本均較高、卡內(nèi)保存的數(shù)據(jù)量較大、閱讀距離較遠(可達幾m~十幾m)、適應(yīng)物體高速運動性能好、外形一般為卡狀、閱讀天線及射頻卡天線均有較強的方向性。高頻系統(tǒng)多應(yīng)用于需要較長的讀寫距離和高的讀寫速度的場合，像火車監(jiān)控、高速公路收費等系統(tǒng)。
(2)射頻卡
根據(jù)射頻卡的不同可分成可讀寫(RW)卡、一次寫入多次讀出(WORM)卡和只讀(RO)卡三種。RW卡一般比WORM卡和RO卡貴得多，如電話卡、信用卡等。一般情況下改寫數(shù)據(jù)所花費的時間遠大于讀取數(shù)據(jù)所花費的時間(常規(guī)為改寫所花費的時間為s級，閱讀花費的時間為ms級)。WORM卡是用戶可以一次性寫入的卡，寫入后數(shù)據(jù)不能改變，且比RW卡要便宜。RO卡存有一個唯一的號碼，不能逐改，保證了安全性。RO卡最便宜。
(3)射頻卡的有源與無源
射頻卡可分為有源及無源兩種。有源射頻卡使用卡內(nèi)電池的能量、識別距離較長，可達十幾m，但是它的壽命有限(3~10年)，且價格較高；無源射頻卡不含電池，利用讀寫器發(fā)射的電磁波提供能量，重量輕、體積小、壽命長、很便宜，但它的發(fā)射距離受限制，一般是幾十cm，且需要讀寫器的發(fā)射功率大。
(4)調(diào)制方式
根據(jù)調(diào)制方式的不同還可分為主動式和被動式。①主動式的射頻卡用自身的射頻能量主動地發(fā)送數(shù)據(jù)給讀寫器。②被動式的射頻卡，使用調(diào)制散射方式發(fā)射數(shù)據(jù)。它必須利用讀寫器的載波調(diào)制自己的信號，適宜在門禁或交通的應(yīng)用中使用。因為讀寫器可以確保只激活一定范圍之內(nèi)的射頻卡。
目前使用的多數(shù)系統(tǒng)中，一次只能讀寫一個射頻卡。射頻卡之間要保持一定距離，確保一次只能有一個卡在讀寫區(qū)域內(nèi)。讀寫距離長，射頻卡之間的距離就要大，應(yīng)用起來很不方便?，F(xiàn)在的射頻卡具有防碰撞的功能，這對于RFID來說十分重要。所謂碰撞是指多個射頻卡進入識別區(qū)域時信號互相干擾的情況。具有防碰撞性能的系統(tǒng)可以同時識別進入識別距離的所有射頻卡，它的并行工作方式大大提高了系統(tǒng)的效率。
3國際射頻識別技術(shù)發(fā)展狀況
射頻識別技術(shù)在國外發(fā)展得很快。RFID產(chǎn)品種類很多，像德州儀器、Motoro1a、Philips、Microchip等世界著名廠家都生產(chǎn)RFID產(chǎn)品。他們的產(chǎn)品各有特點，自成系列。射頻識別技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化、交通運輸控制管理等眾多領(lǐng)域。如澳大利亞將它的RFID產(chǎn)品用于澳機場旅客行李管理中并發(fā)揮了出色的作用；瑞士國家鐵路局在瑞士的全部旅客列車上安裝RFID自動識別系統(tǒng)，調(diào)度員可以實時掌握火車運行情況，不僅利于管理，還大大減小了發(fā)生事故的可能性；德國BMW公司將射頻識別系統(tǒng)應(yīng)用在汽車生產(chǎn)流水線的生產(chǎn)過程控制中等。
據(jù)有關(guān)權(quán)威數(shù)據(jù)顯示，射頻識別產(chǎn)品在全世界的銷量以每年25.3%的比例增長。由此可見，射頻識別技術(shù)具有廣闊的市場前景。
4射頻識別技術(shù)在我國的發(fā)展
我國政府在1993年制定的金卡工程實施計劃，是一個旨在加速推動我國國民經(jīng)濟信息化進程的重大國家級工程，由此各種自動識別技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用十分迅猛?，F(xiàn)在，射頻識別技術(shù)作為一種新興的自動識別技術(shù)，也將在中國很快地普及。
目前，我國的射頻識別技術(shù)在下列幾種應(yīng)用中發(fā)展前景較好。當然，這里僅僅羅列了射頻識別技術(shù)應(yīng)用的一部分。任何一種技術(shù)如果得到普及，都將會孕育一個龐大的市場。射頻識別將是未來一個新的經(jīng)濟增長點。
4.1安全防護領(lǐng)域
(1)門禁保安
將來的門禁保安系統(tǒng)均可應(yīng)用射頻卡。一卡可以多用。比如，可以作工作證、出入證、停車卡、飯店住宿卡甚至旅游護照等，目的都是識別人員身份、安全管理、收費等等。好處是簡化出入手續(xù)、提高工作效率、安全保護。只要人員佩戴了封裝成ID卡大小的射頻卡、進出入口有一臺讀寫器，人員出入時自動識別身份，非法闖入會有報警。安全級別要求高的地方、還可以結(jié)合其它的識別方式，將指紋、掌紋或顏面特征存入射頻卡。
公司還可以用射頻卡保護和跟蹤財產(chǎn)。將射頻卡貼在物品上面，如計算機、傳真機、文件、復(fù)印機或其它實驗室用品上。該射頻卡使得公司可以自動跟蹤管理這些有價值的財產(chǎn)，可以跟蹤一個物品從某一建筑離開，或是用報警的方式限制物品離開某地。結(jié)合GPS系統(tǒng)利用射頻卡，還可以對貨柜車、貨艙等進行有效跟蹤。
(2)汽車防盜
這是RFID較新的應(yīng)用。目前已經(jīng)開發(fā)出了足夠小的、能夠封裝到汽車鑰匙當中含有特定碼字的射頻卡。它需要在汽車上裝有讀寫器，當鑰匙插入到點火器中時，讀寫器能夠辨別鑰匙的身份。如果讀寫器接收不到射頻卡發(fā)送來的特定信號，汽車的引擎將不會發(fā)動。用這種電子驗證的方法，汽車的中央計算機也就能容易防止短路點火。
另一種汽車防盜系統(tǒng)是，司機自己帶有一射頻卡，其發(fā)射范圍是在司機座椅45~55cm以內(nèi)，讀寫器安裝在座椅的背部。當讀寫器讀取到有效的ID號時，系統(tǒng)發(fā)出三聲鳴叫，然后汽車引擎才能啟動。該防盜系統(tǒng)還有另一強大功能：倘若司機離開汽車并且車門敞開引擎也沒有關(guān)閉，這時讀寫器就需要讀取另一有效ID號；假如司機將該射頻卡帶離汽車，這樣讀寫器不能讀到有效ID號，引擎就會自動關(guān)閉，同時觸發(fā)報警裝置。
(3)電子物品監(jiān)視系統(tǒng)
電子物品監(jiān)視系統(tǒng)(ElectronicArticleSurveillance,EAS)的目的是防止商品被盜。整個系統(tǒng)包括貼在物體上的一個內(nèi)存容量僅為1比特(即開或關(guān))的射頻卡，和商店出口處的讀寫器。射頻卡在安裝時被激活。在激活狀態(tài)下，射頻卡接近掃描器時會被探測到，同時會報警。如果貨物被購買，由銷售人員用專用工具拆除射頻卡(典型的是在服裝店里)，或者用磁場來使射頻卡失效，或者直接破壞射頻卡本身的電特性。EAS系統(tǒng)已被廣泛使用。據(jù)估計每年消耗60億套。
4.2商品生產(chǎn)銷售領(lǐng)域
(1)生產(chǎn)線自動化
用RFID技術(shù)在生產(chǎn)流水線上實現(xiàn)自動控制、監(jiān)視，提高生產(chǎn)率，改進生產(chǎn)方式，節(jié)約了成本。舉個例子以說明在生產(chǎn)線上應(yīng)用RFID技術(shù)的情況。
用于汽車裝配流水線。德國寶馬汽車公司在裝配流水線上應(yīng)用射頻卡，以盡可能大量地生產(chǎn)用戶定制的汽車。寶馬汽車的生產(chǎn)是基于用戶提出的要求式樣而生產(chǎn)的。用戶可以從上萬種內(nèi)部和外部選項中，選定自己所需車的顏色、引擎型號和輪胎式樣等。這樣一來，汽車裝配流水線上就得裝配上百種式樣的寶馬汽車，如果沒有一個高度組織的、復(fù)雜的控制系統(tǒng)是很難完成這樣復(fù)雜的任務(wù)的。寶馬公司在其裝配流水線上配有RFID系統(tǒng)，使用可重復(fù)使用的射頻卡。該射頻卡上帶有汽車所需的所有詳細的要求，在每個工作點處都有讀寫器，這樣可以保證汽車在各個流水線位置，能毫不出錯地完成裝配任務(wù)。
(2)倉儲管理
將RFID系統(tǒng)用于智能倉庫貨物管理，能有效地解決與貨物流動有關(guān)的信息管理，不但增加了處理貨物的速度，還可監(jiān)視貨物的一切信息。射頻卡貼在貨物所通過的倉庫大門邊上，讀寫器和天線都放在叉車上，每個貨物都貼有條碼，所有條碼信息都被存儲在倉庫的中央計算機里，與該貨物有關(guān)的信息都能在計算機里查到。當貨物出庫時，由另一讀寫器識別并告知中央計算它被放在哪個拖車上。這樣，管理中心可以實時地了解到已經(jīng)生產(chǎn)了多少產(chǎn)品和發(fā)送了多少產(chǎn)品。
(3)產(chǎn)品防偽
偽造問題在世界各地都是令人頭疼的問題，將射頻識別技術(shù)應(yīng)用在防偽領(lǐng)域有它自身的技術(shù)優(yōu)勢。防偽技術(shù)本身要求成本低，且難于偽造。射頻卡的成本就相對便宜，而芯片的制造需要有昂貴的芯片工廠，使偽造者望而卻步。射頻卡本身有內(nèi)存，可以儲存、修改與產(chǎn)品有關(guān)的數(shù)據(jù)，利于銷售商使用；體積十分小、便于產(chǎn)品封裝。像電腦、激光打印機、電視等產(chǎn)品上都可使用。
(4)RFID卡收費
國外的各種交易大多利用各種卡來完成，而我國普遍采用現(xiàn)金交易?，F(xiàn)金交易不方便也不安全，還容易出現(xiàn)稅收的漏洞。目前的收費卡多用磁卡、IC卡，而射頻卡也開始占據(jù)市場。原因是在一些惡劣的環(huán)境中，磁卡、IC卡容易損壞，而射頻卡則不易磨損，也不怕靜電及其它情況；同時，射頻卡用起來方便、快捷，甚至不用打開包，在讀寫器前搖晃一下，就完成收費。另外，還可同時識別幾張卡．并行收費，如公共汽車上的電子月票。我國大城市的公共汽車異常擁擠、環(huán)境條件差，射頻卡的使用有助于改善這種情況。
4.3管理與數(shù)據(jù)統(tǒng)計領(lǐng)域
(1)畜牧管理
該領(lǐng)域的發(fā)展起步于賽馬的識別，是用小玻璃封裝的射頻卡植于動物皮下。射頻卡大約10mm長，內(nèi)有一個線圈，約1000圈的細線繞在鐵氧體上，讀寫距離是十幾cm。從賽馬識別發(fā)展到了標識牲畜。牲畜的識別提供了現(xiàn)代化管理牧場的方法。
(2)運動計時
在馬拉松比賽中，由于人員太多，有時第一個出發(fā)的人同最后一個出發(fā)的人能相隔40分鐘。如果沒有一個精確的計時裝置，就會出現(xiàn)差錯。射頻卡應(yīng)用于馬拉松比賽中，運動員在自己的鞋帶上很方便地系上射頻卡，在比賽的起跑線和終點線處放置帶有微型天線的小墊片。當運動員越過此墊片時，計時系統(tǒng)便會接收運動員所帶的射頻卡發(fā)出的ID號，并記錄當時的時間。這樣，每個運動員都會有自己的起始時間和結(jié)束時間，不會出現(xiàn)不公平競爭的可能性了。在比賽路線中，如果每隔5km就設(shè)置這樣一個墊片，還可以很方便地記錄運動員在每個階段所用的時間。
RFID還可應(yīng)用于汽車大獎賽上的精確計時。在跑道下面按照一定的距離間隔埋入一系列的天線，這些天線與讀寫器相連，而射頻卡安裝到賽車前方。當賽車每越過一個天線時，賽車的ID號和時間就被記錄下來，并存儲到中央計算機內(nèi)。這樣到比賽結(jié)束時，每個參賽選手將會有一個準確的結(jié)果。
4.4交通運輸領(lǐng)域
(1)高速公路自動收費及交通管理
高速公路自動收費系統(tǒng)是射頻識別技術(shù)最成功的應(yīng)用之一。目前，中國的高速公路發(fā)展非常快，而高速公路收費卻存在一些問題：一是在收費站口，許多車輛要停車排隊，成為交通瓶頸問題；二是少數(shù)不法的收費員貪污路費，使國家損失了相當?shù)呢斦杖?。RFID技術(shù)應(yīng)用在高速公路自動收費上，能夠充分體現(xiàn)它非接觸識別的優(yōu)勢——讓車輛高速通過收費站的同時自動完成收費，同時可以解決收費員貪污路費及交通擁堵的問題。利用射頻識別技術(shù)的不停車高速公路自動收費系統(tǒng)是將來的發(fā)展方向；人工收費，包括IC卡的停車收費方式，終將會被淘汰。預(yù)計在未來10年內(nèi)，高速公路自動收費系統(tǒng)將有數(shù)十億元的需求。
在城市交通方面，解決交通日趨擁擠問題不能只依賴于修路。加強交通的指揮、控制、疏導(dǎo)，提高道路的利用率，深挖現(xiàn)有交通潛能也是非常重要的；而基于RFID技術(shù)的交通管理系統(tǒng)可實現(xiàn)自動查處違章車輛，記錄違章情況。另外，公共汽車站實時跟蹤指示公共汽車到站時間及自動顯示乘客信息，會給乘客帶來很大的方便。
(2)火車和貨運集裝箱的識別
在火車運營中，使用RFID系統(tǒng)很大的優(yōu)勢在于：火車是按既定路線運行的，因此肯定要通過設(shè)定的讀寫器的地點。通過讀到的數(shù)據(jù)，能夠得到火車的身份、監(jiān)控火車的完整性，以防止遺漏在鐵軌上的車廂發(fā)生撞車事故，同時能在車站將車廂重新編組。起初的努力是用超音波和雷達測距系統(tǒng)讀出車廂側(cè)的條碼，現(xiàn)在被RFID系統(tǒng)取代。射頻卡一般安在車廂頂邊，讀寫器安在鐵路沿線，就可得到火車的實時信息及車廂內(nèi)裝的物品信息。
目前，射頻自動識別系統(tǒng)的安裝遍布全國14個鐵路局。2001年3月1日，鐵道部正式聯(lián)網(wǎng)啟用車次車號自動識別系統(tǒng)，為自備車企業(yè)、合資鐵路和地方鐵路實現(xiàn)信息化智能運輸管理提供了重要良機。
由于目前中小學(xué)的課時量、實驗儀器和藥品數(shù)量的限制，使得教材中的很多實驗學(xué)生無法親自動手完成，只能由教師來做演示實驗，極大地影響了學(xué)生的動手能力和創(chuàng)造能力。而微型實驗的出現(xiàn)則可以改善上述的癥狀。尤其是新課改之后，教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容的變化，給實驗教師帶來了一定的挑戰(zhàn)性。倘若課堂上依然完全采取教師講、學(xué)生聽的方式，便無法提高教學(xué)質(zhì)量，使教學(xué)停滯不前。尤其是在實驗教學(xué)方面，不能自己動手操作，就會永遠走一條既成的老路，無法實現(xiàn)創(chuàng)新。而且常規(guī)的實驗會需要更多的藥品和儀器，同時造成環(huán)境的污染。因此，在中學(xué)化學(xué)實驗當中逐步實施微型實驗，節(jié)約資源，提高學(xué)生的創(chuàng)造力是相當有必要的。
二、微型化學(xué)實驗的特色和實施的必要性
微型化學(xué)實驗儀器具有不易破碎、小巧便攜、使用方便等特點，使得無論是學(xué)校還是個人都有能力去創(chuàng)建自己的“微型實驗室”，這就為化學(xué)實驗課堂教學(xué)的改革提供了方便與可能。實踐證明，微型化學(xué)實驗在教學(xué)中的實施概括來說主要有以下特點：過去的課堂實驗基本上被演示實驗所占據(jù)，學(xué)生們處在一種“被動接受”知識的狀態(tài)中，而微型實驗使得大多數(shù)學(xué)生都有機會自己動手參與，使得啟發(fā)式的教學(xué)方法能夠得以實現(xiàn)；微型化實驗具有安全性和節(jié)約性的特點，教師可以放心地讓每一個學(xué)生獨自動手實驗，親自動手實驗的方式可以促進學(xué)生理解和形成化學(xué)概念，幫助培養(yǎng)學(xué)生實驗觀察和動手能力，同時，極大地促進了學(xué)生對于化學(xué)實驗興趣的培養(yǎng)；方便了實驗室分組實驗、家庭小實驗尤其是隨堂實驗的展開，培養(yǎng)了學(xué)生既動手又動腦、理論聯(lián)系實際和解決實際問題的能力，尤其是對于資源條件較差的農(nóng)村中學(xué)，微型實驗的實施對其影響頗深；有利于減少廢氣、廢液以及固體廢品的排放，改善實驗室環(huán)境、降低空氣污染，減少對師生健康的損害。具體來說，微型實驗可以：
（一）改進演示實驗，激發(fā)創(chuàng)新
演示實驗是課堂教學(xué)中最直接、最便捷的一種的實驗教學(xué)方式，是探索新知識、學(xué)習(xí)實驗操作和技能的最基本途徑。因此教師在做課堂演示實驗時，對課本的中實驗進行了合理的微型化改進。如：做“木炭還原氧化銅”實驗時，常常會出現(xiàn)現(xiàn)象不明顯，反應(yīng)時間較長的現(xiàn)象，影響觀察和判斷，其中碳和氧化銅的質(zhì)量比需要控制在（9~13）：1的范圍內(nèi)，倘若比例過高，氧化銅不能完全反應(yīng)；比例太低，碳粉的量遮蓋了銅的顏色，現(xiàn)象不易觀察。對于此實驗，可以做如下改進：為了減少實驗時間，可以在實驗開始之前將碳粉和氧化銅粉末混合均勻，調(diào)成糊狀。取少許均勻涂抹在試管底部內(nèi)壁上，待晾干后，進行還原實驗操作。因為反應(yīng)物的量非常少，所以加熱較短時間就能觀察到試管內(nèi)壁紫紅色銅鏡的出現(xiàn)。改進后的實驗節(jié)約藥品、現(xiàn)象明顯，有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)其創(chuàng)新的意識。
（二）設(shè)計分組實驗，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新、合作精神
設(shè)計分組實驗不僅可以幫助學(xué)生形成概念、鞏固知識、培養(yǎng)技能，更能訓(xùn)練其團結(jié)、合作、互助的精神。在實驗課堂上，一個合理有效的分組實驗，能幫助大家節(jié)約資源、節(jié)約時間。如”二氧化碳氣體的制取“實驗，教師可以將實驗分為4個小組：通過上述分組實驗探究，學(xué)生可以找出二氧化碳氣體制取的最佳方案，并且能夠舉一反三，了解到其他制取方案的優(yōu)劣性。
（三）展開家庭興趣小實驗，培養(yǎng)學(xué)生實驗興趣和實踐能力
實驗課中的教師演示實驗和學(xué)生分組實驗，畢竟時間、儀器、藥品選擇有限，不能夠讓每一個學(xué)生的興趣和個性得以激發(fā)，課堂中的實驗更多的是訓(xùn)練學(xué)生的實驗方法和實驗思維。此時，家庭興趣小實驗便可以提供廣闊的空間，學(xué)生可以依照自己的興趣愛好，進行獨立的微型實驗設(shè)計。首先，提出方案設(shè)計，通過查閱資料、選擇藥品和儀器，現(xiàn)象觀察與記錄，結(jié)果的交流分析等。整個實驗過程中，都是由學(xué)生來主導(dǎo)的，體現(xiàn)了自己的主觀能動性。如“紙杯燒水”實驗——水的沸點是100℃，加熱沸騰后只吸熱，溫度不再升高，而紙的著火點在150℃以上，所以水可以燒開，紙卻沒事，這樣的實驗材料選擇非常簡單，容易操作。又如”變胖的雞蛋“——醋酸和雞蛋殼的反應(yīng)，雞蛋殼的主要成分是碳酸鈣，醋酸的主要成分是酸，所用物品在生活中隨處可見，獲取容易，生動有趣，現(xiàn)象明顯易觀察。反應(yīng)原理是：蛋殼消失是因為與醋酸發(fā)生了反應(yīng)，被溶解，從雞蛋中冒出來的氣泡，則是反應(yīng)生成的二氧化碳。
1.初中化學(xué)實驗設(shè)計類型依據(jù)不同的標準，可以對實驗設(shè)計進行不同的劃分。根據(jù)初中化學(xué)實驗內(nèi)容的不同，可以將初中化學(xué)實驗設(shè)計分成以下類型：制備實驗、性質(zhì)實驗、化學(xué)原理的驗證、混合物成分的分析、濃度測定、定性與定量結(jié)合的實驗等。
2.化學(xué)實驗方案的內(nèi)容實驗設(shè)計的成果就是實驗方案。雖然具體的實驗設(shè)計的目的、內(nèi)容和形式不盡相同，但就一個相對完整的實驗方案來說，一般包括：實驗名稱（課題）；實驗?zāi)康?；實驗原理；實驗用品（試劑、儀器、裝置設(shè)備）及規(guī)格；實驗裝置圖、實驗步驟和操作方法；注意事項；實驗現(xiàn)象及結(jié)果處理；問題和討論等。
3.實驗方案選擇的基本標準同一個實驗課題，每個人的設(shè)計和操作過程可能不一樣，結(jié)果自然也不會完全相同。根據(jù)初中化學(xué)實驗設(shè)計原則和教學(xué)實際，實驗方案選擇的基本標準是：原理正確有科學(xué)依據(jù)；裝置簡單，在實際中具有可操作性且操作方便；實驗步驟少，需要時間短；藥品用量少、無毒且廉價易得；實驗現(xiàn)象要明顯；反應(yīng)條件要簡單（最好在常溫下進行）；盡量不用也不產(chǎn)生污染環(huán)境的物質(zhì)，即符合“綠色化學(xué)”的要求；制備實驗產(chǎn)率高；性質(zhì)實驗誤差?。粚嶒灠踩珶o危險；設(shè)計要嚴謹?shù)取?/p>
二、中學(xué)化學(xué)實驗設(shè)計與創(chuàng)新的一般原則
無論哪一類中學(xué)化學(xué)實驗設(shè)計與創(chuàng)新，一般都應(yīng)遵循以下原則：
1.科學(xué)性原則科學(xué)性是指實驗原理、實驗程序和操作方法必須與科學(xué)理論和實驗方法論相一致。科學(xué)性是化學(xué)實驗設(shè)計與創(chuàng)新的首要原則。例如：實驗室制取氫氣，就不能選用硝酸與金屬鋅反應(yīng)，因為這個反應(yīng)很難制得純凈的氫氣。
2.目標性原則目標性是指實驗設(shè)計或創(chuàng)新要根據(jù)一定的教學(xué)目標有所側(cè)重與突破。同一個實驗，教學(xué)目標（如教師演示與學(xué)生操作，為了突出環(huán)?；蛉の缎裕┎煌?，設(shè)計所用的原理、用品、方法、裝置、步驟等是有一定區(qū)別的。
3.安全性原則安全性是指化學(xué)實驗設(shè)計時盡量避免使用有毒、有害的化學(xué)試劑，以及反應(yīng)產(chǎn)生有毒害的物質(zhì)，或者具有一定危險性的實驗裝置與操作?！叭绻仨毷褂玫模瑧?yīng)該在所設(shè)計的實驗方案中詳細寫明注意事項，以防止造成環(huán)境污染和人身傷害?！保?］安全是中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)的第一要務(wù)，設(shè)計時必須要特別引起重視！
4.新穎性原則新穎性是指實驗設(shè)計時在思路、操作方法、器材用品、裝置等方面要有新的突破，使新設(shè)計的實驗對教學(xué)與研究更加適用或具有指導(dǎo)的意義。
5.可行性原則可行性是指設(shè)計實驗時所運用的實驗原理在實施時切實可行，所選用的化學(xué)試劑、實驗儀器、設(shè)備和方法在現(xiàn)有的條件下能夠得到滿足。例如：實驗室大量制取二氧化碳，不能為了創(chuàng)新而選用碳酸鈉代替碳酸鈣（或石灰石）與鹽酸反應(yīng)，或者用硫酸替代鹽酸與碳酸鈣（或石灰石）反應(yīng)。因為前者反應(yīng)太劇烈，后者反應(yīng)不完全，很快就停止了。
6.簡約性原則簡約性是指盡量采用簡單的實驗裝置、較少的實驗步驟和試劑，在較短的時間內(nèi)完成實驗。復(fù)雜的裝置與步驟以及時間太長的實驗都會轉(zhuǎn)移中學(xué)生的注意力，容易導(dǎo)致他們產(chǎn)生畏難情緒和疲勞感，影響對實驗過程的觀察、分析與思考。
7.綠色化原則綠色化是指從化學(xué)反應(yīng)的原料、反應(yīng)的條件、反應(yīng)的產(chǎn)物和實驗的操作等化學(xué)實驗的全過程上進行控制，盡可能地減少甚至消除有毒、有害的化學(xué)物質(zhì)對環(huán)境的影響。綠色化學(xué)是21世紀化學(xué)科學(xué)的一個重要發(fā)展方向。
8.啟迪性原則啟迪性是指實驗設(shè)計與創(chuàng)新對學(xué)生的學(xué)習(xí)起開導(dǎo)作用，能夠啟發(fā)學(xué)生的思維，促進學(xué)生對化學(xué)原理及知識的探討和認識，優(yōu)化學(xué)習(xí)過程，從而提高教學(xué)效益。這是中學(xué)化學(xué)實驗設(shè)計與創(chuàng)新的出發(fā)點和歸宿。
三、實驗創(chuàng)新設(shè)計的視角
初中化學(xué)實驗創(chuàng)新設(shè)計是在義務(wù)教育化學(xué)課程標準的指導(dǎo)下，對現(xiàn)行教材中所涉及的實驗進行改進、優(yōu)化、增設(shè)或創(chuàng)新等，以提高化學(xué)實驗在初中化學(xué)教學(xué)中的效益。在初中化學(xué)教學(xué)中進行實驗創(chuàng)新設(shè)計是提高化學(xué)教學(xué)有效性的需要，也是義務(wù)教育化學(xué)課程標準的要求?；瘜W(xué)實驗創(chuàng)新設(shè)計要與時俱進，必須符合現(xiàn)代化學(xué)教育發(fā)展的理念，在滿足探究性的條件下，可以從以下視角進行：
1.實驗過程綠色化“綠色化學(xué)的理念是在化學(xué)反應(yīng)過程以及化工生產(chǎn)中，不再使用有毒有害物質(zhì)，不再產(chǎn)生廢物，不再處理廢物，它是一門從源頭上阻止污染的化學(xué)?！保?］化學(xué)實驗在設(shè)計上要體現(xiàn)綠色化，盡可能做到原料（反應(yīng)物）的綠色化，化學(xué)反應(yīng)的綠色化（采用原子經(jīng)濟性反應(yīng)），生成物的綠色化以及催化劑、溶劑的綠色化。例如：在涉及氧氣的制取實驗時采用雙氧水分解來制取，二氧化錳要回收等。
2.實驗裝置微型化“所謂微型化學(xué)實驗，就是以盡可能少的化學(xué)試劑來獲取所需化學(xué)信息的實驗方法與技術(shù)?！保?］雖然它的化學(xué)試劑用量一般只為常規(guī)實驗用量的幾十分之一乃至幾千分之一，卻可以達到準確、明顯、安全、方便和防止環(huán)境污染等目的。例如：在“探究微粒的運動實驗”中，可以用試管代替燒杯進行微型化實驗。在一個單孔橡皮塞上插入一根玻璃導(dǎo)管接近試管底，試管內(nèi)壁貼一張滴加無色酚酞試液的濾紙，從導(dǎo)管口滴上兩滴濃氨水到試管底部，用透明膠封導(dǎo)管口，可以看到，試管里滴有無色酚酞試液的濾紙由下往上慢慢變紅了。
3.實驗設(shè)計環(huán)保化“最佳的環(huán)境保護方法是在源頭上防止污染的產(chǎn)生，而不是污染產(chǎn)生后再去處理。”［7］實驗設(shè)計中我們應(yīng)該采取一些有效措施使化學(xué)實驗對實驗場所和環(huán)境的污染降低到最低限度。這些措施主要是：實驗裝置密閉化，避免敞口操作，防止有關(guān)物質(zhì)散佚到周圍環(huán)境中；采取收集辦法，回收有關(guān)物質(zhì)；對有毒物質(zhì)進行無毒害處理；加強實驗場所的通風(fēng)或采取其他的防護措施等。例如：一氧化碳還原性實驗，對多余的一氧化碳可以回收，也可以燃燒進行無毒害處理等。
4.實驗操作安全化保證實驗安全，是化學(xué)實驗教學(xué)的原則要求。有一些實驗，由于物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的特殊性，給實驗增加了難度甚至危險性。在點燃氫氣的導(dǎo)管和氫氣發(fā)生器之間，用一個小塑料瓶裝上大約四分之三的水制成一個“安全裝置”連接起來，這樣，即使點燃不純凈的氫氣，爆炸也只是在“安全裝置”中發(fā)生，氫氣很少威力小，氫氣發(fā)生裝置不會發(fā)生爆炸，因此不會發(fā)生安全事故。
5.實驗趣味化化學(xué)實驗具有動機功能，增加化學(xué)實驗的趣味性，可以激發(fā)學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)興趣。例如：在研究燃燒與滅火的條件時，增加演示“燒不壞的手帕”［8］實驗，可以激發(fā)學(xué)生的興趣。在此基礎(chǔ)上讓學(xué)生繼續(xù)進行實驗，探討手帕燒壞的條件，則能夠使學(xué)生深化對有關(guān)知識的認識。
6.利用儀器功能轉(zhuǎn)化儀器本身沒有限定它只能用于什么而不能用于什么，只是主要適用于什么?！胺此純x器的別樣用途，可以幫助我們加深對實驗儀器和實驗原理的認識，進行化學(xué)實驗的創(chuàng)新。”［9］例如：漏斗可以充當集氣與尾氣吸收裝置，在鈉與水反應(yīng)氣體產(chǎn)物的驗證實驗中，將漏斗置于水中，倒扣在鈉塊上，產(chǎn)生的少量氣體可順利地富集到試管中。
7.利用學(xué)科知識遷移我們往往習(xí)慣于使用教材的實驗儀器和裝置，很少重視儀器的笨拙和實驗時的效率，這種視經(jīng)典為權(quán)威的思想往往就是教師缺乏創(chuàng)新的癥結(jié)所在。實際上，科學(xué)的實驗方法就是應(yīng)該不斷地發(fā)現(xiàn)問題，傳統(tǒng)裝置的不當之處無疑給我們提供了實驗創(chuàng)新的課題。例如：學(xué)習(xí)“質(zhì)量守恒定律”內(nèi)容時，在使用托盤天平稱量氫氧化鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)前后的質(zhì)量時，在18×200的中型試管里裝入大約1mL稀鹽酸與酚酞的混合溶液，球形滴管吸入NaOH溶液后，將球形滴管放在試管口，把上述帶有球形滴管的試管放入盛水的100mL量筒中，讓學(xué)生通過觀察比較反應(yīng)前后試管浸在液面中的高度即可（試管作上標記）。改進后的實驗操作起來方便有趣，不用天平而是利用物理上的浮力知識，體現(xiàn)了學(xué)科之間的聯(lián)系，有利于學(xué)生知識的遷移。
8.實驗裝置簡單化教材所選用的實驗方案未必都是最好的，有時候會產(chǎn)生現(xiàn)象不明顯、實驗不容易成功、結(jié)果不準確等問題，影響了實驗教學(xué)的效果。例如：測定“空氣中氧氣的體積分數(shù)”實驗，由于教材提供的實驗裝置密封性和燃燒匙放入不易控制，加上導(dǎo)氣管內(nèi)尚留有空氣導(dǎo)致誤差因素較多，有時氧氣顯示超過五分之一，讓教師無法自圓其說?？勺鋈缦赂倪M：將小顆白磷放在1.5cm×2.5cm的薄銅片上，置于硬質(zhì)大試管中部，塞緊橡皮塞，用酒精燈對準銅片加熱使白磷充分燃燒，待試管冷卻后浸入水中，在水面下拿掉橡皮塞，待液面上升穩(wěn)定后再塞上橡皮塞，拿出水面觀察。改進后的實驗所用儀器少，誤差因素少，結(jié)果比較準確。
9.儀器、藥品生活化采用學(xué)生熟悉的身邊物品或一些廢品作為化學(xué)實驗的藥品，就會使學(xué)生產(chǎn)生一種親切感，覺得化學(xué)并不神秘，就在自己身邊，有利于調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)他們進行實驗探究的興趣。例如：用蛋殼代替碳酸鈣制取二氧化碳；測試肥皂水、食鹽水、泥水、蔗糖水、洗發(fā)水、食醋、蘇打水的pH值等。許多生活用品甚至廢棄物品也可以用做化學(xué)實驗的儀器，這種“物盡其用”的實驗活動能夠充分拓展學(xué)生的思維空間，使他們更加關(guān)注身邊的化學(xué)現(xiàn)象，增強愛護環(huán)境、節(jié)約資源的意識，更好地學(xué)以致用。例如：用小氣球收集氣體，礦泉水瓶做容器，廢棄的醫(yī)用注射器做量筒、集氣瓶等。
GPS（GlobalPositioningSystem）全球定位系統(tǒng)是利用美國的24顆GPS地址衛(wèi)星所發(fā)射的信號而建立的導(dǎo)航、定位、授時的系統(tǒng)。美國政府已承諾，在今后相當長的一段時間內(nèi)，GPS系統(tǒng)將向全世界免費開放。目前，GPS系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用在導(dǎo)航、大地測量、精確授時、車輛定位及防盜等領(lǐng)域。因此，開展對GPS系統(tǒng)的研究和應(yīng)用，將極大地提高生產(chǎn)力，并產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。本文旨在通過利用GPS所提供的精確授時的功能，采用單片機技術(shù)，設(shè)計適合于需要精確授時的高精度時鐘系統(tǒng)。
GSU-16是日本光電（KODEN）公司生產(chǎn)的并行11通道GPSOEM接收板，由于采用了先進半導(dǎo)體設(shè)計手段，它具有尺寸小、功耗低、性能穩(wěn)定、性價比高等優(yōu)良特性。利用它，可以方便、快速地開發(fā)出各種GPS應(yīng)用系統(tǒng)。其主要性能指標如下：
接收通道——11通道并行接收，可同時跟蹤11顆衛(wèi)星；
授時精度——小于400ns，無累計誤差；
數(shù)據(jù)更新時間——1s；
體積和重量——65mm×35mm，約重40g（含鋰電池）；
數(shù)據(jù)輸出格式——NMEA-0183v2.0；RTCM-sc104v2.0；
環(huán)境工作溫度——-30～+75℃；
正常工作參數(shù)——電壓5（1±0.05）V；電流100mA；功耗100mW。
2GSU-16的硬件接口和軟件接口
（1）硬件接口
GSU-16同時提供12腳接口（J3）和5腳接口（J4）。本設(shè)計中采用5鏈接口J4，各引腳的功能如表1所列。
表1
接口編號信號名稱
功能
1GND電源地2backupin備份電源輸入，3V時消耗2μA3SD1串行輸出4RD1串行輸入5+5V主供電電源輸入
GSU-16的RD1腳為RS232C的通信接口，其邏輯電平為TTL電平。這樣能夠很方便地與各種單片機連接連接，無須電平轉(zhuǎn)換。同時，12腳接口還提供了高精度的秒脈沖輸出，可用于需要更高精度定時服務(wù)的測量系統(tǒng)。在此，我們僅使用其時鐘信息，故只需在其輸出的ASCII數(shù)據(jù)中直接提取即可。
（2）軟件接口
GSU-16的通信波特率為4800，1個起始位，8個數(shù)據(jù)位，1個停止位，無奇偶校驗。通常使用NMEA-0183格式輸出，數(shù)據(jù)代碼為ASCII碼字符。
NMEA-0183是美國海洋電子協(xié)會為海用電子設(shè)備制定的標準格式，目前廣泛使用V2.0版本。由于該格式為ASCII碼字符串，比較直觀和易于處理，在許多高級語言中都可以直接進行判別、分離，以提取用戶所需要的數(shù)據(jù)。
NMEA-0183主要語句中，最常見的幾種格式為：
GPGGAGPS定位數(shù)據(jù)
GPGLL地址位置和經(jīng)緯度
GPZDA日期和時間
GPVTG方位角對地速度
例如，GPZDA為時間和日期輸出語句，其標準格式如下：
又如，$GPGGA為定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)輸出語句，其標準格式如下：
在具體使用時，可以在收到一條消息后，用軟件來判別消息引導(dǎo)頭是否為“$GPZDA”或“$GPGGA”來確認收到的消息正確與否，然后從消息中提取世界時，一定要注意將提取到的世界時加上8小時才是北京時間，而且軟件還必須對16：00～24：00世界時作相應(yīng)的處理，以轉(zhuǎn)換為正確的北京日期和時間。
3應(yīng)用電路和程序設(shè)計
在設(shè)計該時鐘系統(tǒng)時，我們采用的單片機是Motolola公司的MC68HC08的通用芯片MC68HC908GP32。該芯片以它的高性能、低功耗、低價位獲得了廣泛的應(yīng)用，其主要特性為：
①32KB片內(nèi)Flash存儲器，具有在線可編程能力和保密功能；
②512B片內(nèi)RAM；
③增強型串行通信口和串行接口；
④支持C語言。
其接口電路可按圖1設(shè)計，程序流程如圖2所示。
單片機初始化程序樣例如下：
SCBREQU$0019
SCC1EQU$0013
SCC2EQU$0014
SCC3EQU$0015
SCS1EQU$0016
SCS2EQU$0017
SCDREQU$0018
TEMPEQU$40；定義1個字節(jié)的臨時存儲空間
ORG$8000；定義程序的起始位置
INIT：LDA#%00100010；初始化開始
STASCBR；波特率定義
LDA#%01000000
STASCC1
LDA#%00001100
STASCC2
LDA#%00000000
STASCC3
START：JSRGETDATA；接收1個字符
STATEMP；將其存放臨時空間
CMP#$"$"；判是否為“$”符，如不是轉(zhuǎn)START
……
；判是否為GPZDA信息模塊，如不是則轉(zhuǎn)START重新接收
……
；數(shù)據(jù)接收與處理模塊
……
；時鐘驅(qū)動與顯示模塊
……
；返回START重新接收下一組消息
GETDATA：BRCLR5，SCS1，GETDATA
LDASCRA
RTS
4結(jié)論
據(jù)統(tǒng)計，僅婁底市目前就有200多家和環(huán)境藝術(shù)設(shè)計相關(guān)的企業(yè)，而婁底開設(shè)有環(huán)境藝術(shù)設(shè)計專業(yè)的院校只有4所，每年的畢業(yè)人數(shù)不足180人，每年仍有大量的崗位空缺。隨著婁底區(qū)域經(jīng)濟建設(shè)的加快，環(huán)境藝術(shù)設(shè)計專業(yè)人員將面臨較大的缺口。因此，培養(yǎng)和發(fā)展環(huán)境藝術(shù)設(shè)計專業(yè)的技能型和高端技能型人才已顯得相當緊迫。環(huán)境藝術(shù)設(shè)計專業(yè)崗位領(lǐng)域包括了室內(nèi)外裝飾設(shè)計、建筑裝飾設(shè)計、城市及城鎮(zhèn)的規(guī)劃、街道及商業(yè)環(huán)境的規(guī)劃、公園與公共綠地規(guī)劃與設(shè)計、小區(qū)園林設(shè)施及景觀小品設(shè)計、新農(nóng)村建設(shè)規(guī)劃、農(nóng)業(yè)觀光旅游景區(qū)設(shè)計等。從業(yè)的主要崗位包括：景觀工程方案設(shè)計、室內(nèi)環(huán)境設(shè)計、旅游景區(qū)規(guī)劃與設(shè)計、商業(yè)空間設(shè)計、室內(nèi)裝修裝飾工程與施工、景觀工程預(yù)算、景觀工程施工、景觀工程監(jiān)理、工程預(yù)算、工程管理、設(shè)計銷售管理、設(shè)計管理等。但是婁底作為一個三線的內(nèi)陸城市，大部分的從業(yè)人員主要崗位從事的是室內(nèi)裝飾設(shè)計的工作，而景觀規(guī)劃設(shè)計、會展展示設(shè)計的公司很少，這就確定了我們的畢業(yè)生以后主要從事的崗位是室內(nèi)設(shè)計師、家具與陳設(shè)設(shè)計師、效果圖繪圖員、施工圖繪圖員、裝飾預(yù)算員。
2技能需求分析
從我市環(huán)境藝術(shù)設(shè)計人員市場需求來看，設(shè)計技術(shù)人才需求較大，可提供的崗位也較多。但這些崗位均要求大專以上學(xué)歷，有相應(yīng)的藝術(shù)功底和工作經(jīng)驗，同時還要有熟練的計算機應(yīng)用水準。大多設(shè)計公司或相關(guān)企業(yè)均在招聘時都會要求求職者帶上簡歷和作品前來應(yīng)征，并能進行現(xiàn)場操作面試?？梢娷浖僮骷寄茉谠O(shè)計行業(yè)的重視程度。環(huán)境藝術(shù)設(shè)計專業(yè)最常用的軟件AutoCAD和3DSMAX和Sketchup及其輔助軟件Photoshop、VRay。在工作崗位中設(shè)計人員或多或少的都需要熟練運用這些軟件幫助完成設(shè)計項目，部分用人單位他們更注重的是學(xué)生對于環(huán)境藝術(shù)設(shè)計知識的實際應(yīng)用能力，這也為學(xué)生放開了較廣的就業(yè)空間。
3課程設(shè)置分析
（1）由于用人單位對學(xué)生的軟件操作技能十分的重視，要求熟練掌握AutoCAD和3DSMAX和Sketchup及其輔助軟件Photoshop、VRay。本專業(yè)以前開設(shè)的是Lightscape課程，但是現(xiàn)在行業(yè)里面VRay的使用是最普及的，Lightscape已經(jīng)被淘汰了。隨著計算機的飛速更新?lián)Q代，VRay渲染的時間會越來越短。所以把3DMAX課程增加了VRay渲染方面的內(nèi)容，同時削減了已基本退出專業(yè)市場的渲染軟件Lightscape這門課。
（2）目前，公司里的設(shè)計師都會用到一個草圖大師SketchUp軟件。3DSMAX軟件可以精準建模和真實的照片級的效果，但是學(xué)習(xí)的時間有196個課時之久，而草圖大師軟件結(jié)合了傳統(tǒng)鉛筆草圖的優(yōu)雅自如和現(xiàn)代數(shù)字科技的速度與彈性，在設(shè)計的過程中，一邊畫圖一般思考，隨著設(shè)計思考的推進，不斷地添加細節(jié)，草圖大師就是相當于一只電子筆，易學(xué)易用，在很短的時間內(nèi)能用幾個常用的命令實現(xiàn)整個三維建模，材質(zhì)、光影的表現(xiàn)，實現(xiàn)了設(shè)計表現(xiàn)一體化，所以我們要新開設(shè)這樣的一門課程，更好的實現(xiàn)和市場的對接。
（3）根據(jù)婁底本地的市場需求，我們確定了室內(nèi)設(shè)計方向作為本專業(yè)的主干方向，要強化這個方向的專業(yè)技能，專業(yè)教學(xué)也向這個方向傾斜，可以適當增加實訓(xùn)教學(xué)時間；公共空間專題設(shè)計也可以在原有的基礎(chǔ)上進行加強；景觀設(shè)計和商業(yè)會展由于不是本專業(yè)設(shè)定的主干方向。因此，可以相應(yīng)減少實訓(xùn)時量。
（4）根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)分析，從業(yè)人員認為裝飾材料與構(gòu)造的專業(yè)知識、家具與陳設(shè)設(shè)計的能在實際的工作中有重要的作用，需要進一步提升這方面的專業(yè)技能。因此，我們可以在這兩門課程的教學(xué)深度和實習(xí)、實訓(xùn)方面進行調(diào)整，以幫助學(xué)生提升知識深度與技能水平。
1.取兩個大號飲料瓶，把其中的一個瓶底切掉，另一個從中間部位切開，留下帶瓶口的部分，用強力膠將兩瓶黏在一起，確保接口處不漏水。
2.在飲料瓶蓋中間部位鉆一個直徑略小于油筆芯的小孔，剪下2cm長的一段油筆芯，將其一端插入瓶蓋的孔中，并用強力膠黏固在瓶蓋上。把輸液管滴壺上端切掉1/4，做成一個盛液漏斗。在滴壺的下端留下30cm長的一段輸液管，其余部分剪掉。再把輸液管的端部套在瓶蓋中的油筆芯上，并用棉線扎緊。這樣,一個演示浮力產(chǎn)生原因的裝置就制作好了。
二、裝置用法
1.把裝置安裝在支架上。在飲料瓶中加入清水，同時在水中滴入數(shù)滴紅墨水振蕩，使水變成紅顏色。
2.滴壺固定不動，使瓶中液面與輸液管中液面相平。把小球放入瓶中，小球因受到水的浮力飄浮在水面上。當用推桿將小球推到瓶口并堵在瓶口處時，移開推桿，小球仍上浮到水面上。
3.當再次用推桿將小球推到瓶口并堵在瓶口處時，此時下移滴壺，使輸液管中的液面低于瓶中液面，這時再移開推桿，可以看到小球不再上浮，而是繼續(xù)堵在瓶口處。這表明，小球雖然完全浸在水里，但并不受浮力作用（小球重力很小，可以忽略）。通過分析水對小球的作用力可知，這時小球受到水對它向上的壓力小于水對它向下的壓力。因此，浮力等于零。移動滴壺，只要輸液管中的液面低于瓶中液面，小球就能堵在瓶口處，即浮力為零。
4.移動滴壺，只要輸液管中的液面高于瓶中的液面，小球就能上浮，表明小球受到了浮力作用。通過分析水對小球的作用力可知，這時小球受到水對它向上的壓力大于水對它向下的壓力，即產(chǎn)生了浮力。
三、實驗結(jié)論
一、目前煙水配套工程建設(shè)的現(xiàn)狀
1.對煙水工程建設(shè)投入不足，缺乏整體規(guī)劃
要搞好建設(shè)項目，必須要加大資金的投入力度，部分煙草行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)對煙葉生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入資金的看法不一，少數(shù)地方政府干部和群體對建設(shè)煙水配套工程積極性和支持力度不高，此外項目缺乏整體規(guī)劃，使得項目在實施過程中，由于漏項或結(jié)算投資不足而進行設(shè)計變更、調(diào)概等，增加了不必要的投入和建設(shè)成本。
2.實施煙水配套工程處于探索階段，缺乏工作經(jīng)驗
由于工程項目分散，點多面廣，工程技術(shù)和項目管理人手不足，施工管理存在局部漏洞。一是在項目實施過程中，無法按時做到現(xiàn)場逐一檢查、分項驗收和隱蔽簽證工作；二是工程監(jiān)理人員少，不能對工程進行常態(tài)監(jiān)管。
3.煙水配套工程普遍存在重建設(shè)，輕管理，群眾維護的責(zé)任意識差的現(xiàn)象
村級公路建設(shè)和土地綜合利用開發(fā)造成部分水池、攔山溝損壞不能進水，輸水管道堵塞；部分雨水集蓄工程，溝渠被泥沙堵塞后無人清理，到雨季不能進水，導(dǎo)致水池在烈日下暴曬，時間過長后就無法蓄水；部分工程項目護欄、爬梯、引水管、供水管、管樁、水龍頭、標識牌等均有人為損壞現(xiàn)象。究其原因是各責(zé)任村未落實好管護責(zé)任制，沒有明確專人管護。
針對于以上的問題，要提高煙葉的經(jīng)濟效益，必須加強對煙水基礎(chǔ)設(shè)施的科學(xué)管理。
二、 煙水基礎(chǔ)設(shè)施的科學(xué)管理
1.加強領(lǐng)導(dǎo)，創(chuàng)新發(fā)展是搞好煙水配套工程建設(shè)的基礎(chǔ)
煙草公司把煙水配套工程作為主要工作任務(wù)之一，實現(xiàn)主要領(lǐng)導(dǎo)負總責(zé)，班子成員掛靠項目，分管領(lǐng)導(dǎo)具體抓落實，對項目建設(shè)管理實現(xiàn)包保責(zé)任制。加強煙水配套工程建設(shè)管理的隊伍建設(shè)，煙草公司從行業(yè)內(nèi)公開擇優(yōu)選擇業(yè)務(wù)骨干，從水利部門抽調(diào)工程技術(shù)人員，充實煙建辦的建設(shè)管理力量，確保該項工作順利進行。建立健全長效管理機制，按照“三督查一調(diào)度”（即督導(dǎo)、督查、督辦、抓調(diào)度）的要求，對煙水配套工程建設(shè)管理制度化，實行五天一調(diào)度，半月一通報，同時成立督查組、按片區(qū)定期進行督查指導(dǎo)，貫徹落實“抓進度、抓質(zhì)量”的工作要求。形成對煙水配套工程全員參與，齊抓共管的良好局面。
2.科學(xué)規(guī)劃，突出實效是搞好煙水配套工程建設(shè)管理的前提
在煙水配套工程規(guī)劃設(shè)計工作中，要緊緊圍繞“基本煙田搞建設(shè)”的要求優(yōu)化布局；堅持“因地制宜，科學(xué)規(guī)劃、依托水源、連片配套、規(guī)模推進、多方結(jié)合、注重實效”的原則，進行科學(xué)規(guī)劃、系統(tǒng)設(shè)計、綜合配套，嚴把項目立項審查關(guān)，確保實施工程的質(zhì)量與實效。在項目申請立項，規(guī)劃設(shè)計中，煙草部門牽頭，縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)技術(shù)隊伍和專業(yè)設(shè)計單位相結(jié)合，認真現(xiàn)場踏勘、科學(xué)設(shè)計、充分論證，保證了設(shè)計方案的可行性。對設(shè)計方案的初審和評估，實行現(xiàn)場審查和專家會審相結(jié)合的審查制度，由煙草公司與水利部門兩家共同把關(guān)。真正體現(xiàn) “科學(xué)規(guī)劃、系統(tǒng)設(shè)計、整村推進、連片實施”的要求。
3.嚴格規(guī)范，注重監(jiān)管是搞好煙水配套工程建設(shè)管理的保證
按照全過程、全員、全方位參與的思路，落實項目制管理的要求，從抓程序、抓規(guī)范、抓質(zhì)量入手，進一步健全制度和措施，強化監(jiān)管，確保規(guī)范運作。一是抓好規(guī)范項目管理的落實；二是加強招投標、質(zhì)量監(jiān)督、項目設(shè)計、審批等監(jiān)管；三是規(guī)范施工和監(jiān)理的招標工作；四是建立多層督察機制，強化施工監(jiān)管，加強督促檢查；五是 施工管理做到“七員到位”；六是注重縣級竣工驗收基礎(chǔ)作用。
4.加強項目補貼資金的管理是搞好煙水配套工程建設(shè)管理的核心
認真落實三個“以我為主”的要求，對項目資金實行專戶管理、單獨核算、封閉運行，嚴格落實煙水配套工程建設(shè)補貼資金管理辦法。通過強化資金管理，保證了補貼資金直補項目建設(shè)主體和?？顚Ｓ?，確保了資金安全和資金撥付渠道的暢通，保證了實施項目的正常建設(shè)。
5.建管并重，持續(xù)改進是搞好煙水配套工程建設(shè)管理的關(guān)鍵
為了使煙水配套工程建設(shè)項目建成后發(fā)揮長效作用，探索項目建設(shè)的運行管護問題，借鑒水利等部門的先進經(jīng)驗，制定并實施了《印江自治縣煙水配套工程建設(shè)項目管護辦法》，堅持“誰所有、誰使用、誰受益、誰維護”，“誰毀壞、誰賠償”和“以水養(yǎng)水”的運行管護原則。強化建管并重，深化建后管護工作，促進了建成項目的運行管護工作。
印江在“十二五”期間將繼續(xù)加強煙葉生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，一是圍繞煙草行業(yè)“卷煙上水平”總體規(guī)劃，按照“新思路、大手筆、超常規(guī)”的工作要求，每年繼續(xù)爭取投入專項資金用于煙水配套工程建設(shè)。二是在“依托水源搞建設(shè)”的基礎(chǔ)上，把煙葉生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提升到一個新的水平。我國其它地區(qū)在進行煙水配套工程建設(shè)中也要嚴格遵守科學(xué)管理，從而使我國的烤煙產(chǎn)業(yè)為我國的經(jīng)濟發(fā)展做出更大的貢獻。
1設(shè)計自主化的目標
為使我國核電建設(shè)能走上健康持續(xù)發(fā)展的道路，國家有關(guān)主管部門明確提出必須實現(xiàn)核電發(fā)展的四個自主化。四個自主化中，核電工程設(shè)計自主化是基礎(chǔ)。只有做到設(shè)計自主化，才能實現(xiàn)工程管理、設(shè)備制造和電站營運的自主化，進而降低核電站的投資，降低核能發(fā)電的電價，我國的核電也才能得到快速地發(fā)展。
常規(guī)島及電站輔助設(shè)施(BOP)設(shè)計自主化的主要目標是要通過技貿(mào)結(jié)合，以若干臺大型商用核電站的建設(shè)為載體，逐步全面建立大型商用核電站常規(guī)島和BOP的自主設(shè)計能力，并具備一定的研究開發(fā)能力。包括建立并完善整套規(guī)程、規(guī)范及程序文件，配套合適的設(shè)計／計算手段和方法，培育建立起一支合格的設(shè)計隊伍，最終能由國內(nèi)工程公司或設(shè)計部門向建設(shè)單位提交合乎規(guī)程規(guī)范要求、質(zhì)量要求和進度要求的整套設(shè)計文件和相關(guān)工程服務(wù)。
實現(xiàn)上述設(shè)計自主化的步驟是：
a)在大型商用核電站的首兩臺機組的建設(shè)過程中，通過外方為主，中外合作設(shè)計，完成包括設(shè)計管理、設(shè)計規(guī)范、適用的計算機軟件和數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)的擬定、計算與優(yōu)化、施工圖設(shè)計技術(shù)以及各類工程文件編制在內(nèi)的全面技術(shù)轉(zhuǎn)讓；
b)3、4號機組的大部分設(shè)計責(zé)任轉(zhuǎn)移到中方，僅少量關(guān)鍵性技術(shù)責(zé)任仍由外方承擔；
c)5、6號機組由中方承擔全部設(shè)計責(zé)任。
考慮到我國核電站建設(shè)將走上系列化、標準化建設(shè)的道路，除少量改進項目之外，后4臺機組的重新設(shè)計工作量將大大減少。因此，1、2號機組設(shè)計技術(shù)轉(zhuǎn)讓的成功與否是設(shè)計自主化能否得以實現(xiàn)的關(guān)鍵。
2設(shè)計自主化的現(xiàn)狀
2.1常規(guī)島工程設(shè)計自主化現(xiàn)狀
從技術(shù)角度而言，核電站常規(guī)島與常規(guī)火力發(fā)電廠汽輪機島之間并無本質(zhì)上的區(qū)別。我國幾個主要的電力設(shè)計院已經(jīng)具備了600MW級火力發(fā)電廠的設(shè)計資格，在工程設(shè)計實踐方面，也已有了相當?shù)姆e累。
在核電工程方面，國內(nèi)電力設(shè)計部門自主承擔完成了秦山一期300MW機組常規(guī)島設(shè)計任務(wù)，目前正開展秦山二期600MW級常規(guī)島工程設(shè)計工作。而嶺澳核電項目則在大型商業(yè)核電站常規(guī)島設(shè)計自主化方面邁出了第一步。通過與常規(guī)島供貨商的合作，國內(nèi)電力設(shè)計院具體承擔了常規(guī)島部分土建、工藝設(shè)計任務(wù)并完全承擔了相應(yīng)的技術(shù)責(zé)任。整個設(shè)計工作按國際標準和慣例組織進行，目前工作已接近完成。
與國際標準的工程公司(A／E公司)相比，我們至少應(yīng)在以下幾個方面通過國際合作，從技術(shù)轉(zhuǎn)讓中獲取相應(yīng)的能力，才能真正談得上設(shè)計的自主化。
a)項目管理的能力，包括項目管理隊伍的組成和工作程序的建立等；
b)適當?shù)挠嬎銠C系統(tǒng)(硬件和軟件)以及配套的工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，其中工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是問題的關(guān)鍵；
c)接口控制能力，包括接口的預(yù)見性和確立、控制等；
d)系統(tǒng)的計算擬定和優(yōu)化(指工藝、電氣、儀控等主要系統(tǒng))；
e)設(shè)備采購規(guī)范書的編制能力；
f)施工、安裝、調(diào)試和運行文件的編制能力；
g)國際通用的標準、規(guī)范的理解和比較。
國際標準的A／E公司與國內(nèi)設(shè)計單位(CDI)能力差異比較見表1和表2。
2.2BOP設(shè)計自主化
國內(nèi)設(shè)計院已基本具備了BOP設(shè)計自主化的能力。特別是在嶺澳核電站項目中，國內(nèi)設(shè)計院與業(yè)主的經(jīng)驗和能力相結(jié)合，除個別系統(tǒng)由于商務(wù)、系統(tǒng)小成套等因素導(dǎo)致工藝設(shè)計由外方承擔外，已全面實現(xiàn)了包括工程管理、采購、設(shè)計(工藝設(shè)計和土建設(shè)計)等各個環(huán)節(jié)的自主化。
表1工程管理能力差異表
項目A／E公司CDI
項目經(jīng)理能對工程實施全方位的控制，有職、責(zé)、權(quán)，對外代表公司對項目進行質(zhì)量、工期和費用三大控制，擁有項目組內(nèi)部人力調(diào)度和收入分配的權(quán)力。主要從技術(shù)協(xié)調(diào)角度組織管理項目設(shè)計，基本沒有人員調(diào)配、費用控制和收入分配的權(quán)力。項目三大控制職責(zé)主要由生產(chǎn)處室實現(xiàn)，導(dǎo)致項目技術(shù)、工期、費用職責(zé)不清。
項目管理隊伍有專責(zé)的項目經(jīng)理工作班子，職能包括項目的計劃，設(shè)計管理協(xié)調(diào)，商務(wù)、會計、質(zhì)保、預(yù)算、采購、合同等與項目實施有關(guān)的各個方面。不健全的項目工作班子，依靠生產(chǎn)處室實現(xiàn)管理的職能。
工作程序建立行之有效的工作程序并按程序辦事，工作人員的個人表現(xiàn)基本能與公司體系運作的有效性進行適度的分離。以工作經(jīng)驗和工作慣例為基礎(chǔ)，工作程序不健全或不受重視，行政命令仍為主要工作手段之一。
工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)龐大適用的工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，包括工程設(shè)計數(shù)據(jù)庫、參考文檔數(shù)據(jù)庫等，有利于建立快速報價體系，電站優(yōu)化設(shè)計和提高設(shè)計效率與質(zhì)量，降低工程投資。工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)正在建立和積累，但適用于國際標準的工程數(shù)據(jù)庫基本是空白。
質(zhì)保體系正常運作的質(zhì)保體系和較強的質(zhì)保意識。體系類似，運作的有效性和穩(wěn)定性正常。
接口控制有豐富的接口控制經(jīng)驗，專門的管理程序和管理人員對接口的預(yù)見性和控制能力有待加強。
表2工程設(shè)計能力差異表
項目A／E公司CDI
標準規(guī)范對國際通行的標準規(guī)范有廣泛深入的了解，并運用于工程實踐。對國際通行的標準、規(guī)范的了解和使用有待加強。
系統(tǒng)設(shè)計
(SystemDesign)有較強的系統(tǒng)計算、分析、設(shè)計、選型和優(yōu)化的能力，有豐富的計算機軟件。有一定的系統(tǒng)設(shè)計和分析計算能力，但仍以經(jīng)驗設(shè)計和引進設(shè)計為主，應(yīng)變能力不強，適用計算機軟件不夠。
安裝設(shè)計
(設(shè)備、管道、
電纜等)有較強的設(shè)計布置、力學(xué)分析、支吊系統(tǒng)設(shè)計、材料和型號選擇的經(jīng)驗和能力，有適用的參考數(shù)據(jù)庫支持，具備了3D模型設(shè)計能力。有豐富的設(shè)備、管道、電纜等設(shè)計布置的經(jīng)驗和能力，掌握了3D模型設(shè)計能力，但缺乏適用的數(shù)據(jù)庫，所采用的設(shè)計計算軟件也僅適用于國內(nèi)工程。
土建設(shè)計成熟的結(jié)構(gòu)計算與設(shè)計。與國外設(shè)計能力大致相當，但大型動力設(shè)備基礎(chǔ)的力學(xué)分析計算有待加強。
設(shè)備采購
規(guī)范書由專門的部門、人員和程序來完成，對各主要發(fā)電設(shè)備主、輔機供貨商比較了解，所編設(shè)備采購規(guī)格書內(nèi)容比較全面(包括商務(wù)、技術(shù)、材料、質(zhì)保、包裝、運輸安裝、服務(wù)等各方面內(nèi)容)。無專門的采購部門，以過往工作經(jīng)驗為主，以編寫技術(shù)規(guī)格書為主，內(nèi)容相對較簡單。
安裝、調(diào)試、
運行文件有較強的文件編寫能力?；緹o經(jīng)驗，能力有待提高。
3工程設(shè)計模式
3.1常規(guī)島工程設(shè)計模式
為了要實現(xiàn)設(shè)計自主化，必須最大限度地參與核電站的設(shè)計和管理實踐活動，只有參與才能掌握，只有干才能學(xué)會，只有敢于承擔風(fēng)險才能取得勝利。
由于國內(nèi)設(shè)計單位的資源、經(jīng)驗和能力的局限性，選擇一家國際著名的工程公司進行合作設(shè)計可更有效地借鑒國外先進的管理手段，設(shè)計技術(shù)以及信息財富，有利于國內(nèi)設(shè)計單位在較短的時間內(nèi)盡快趕上國際先進水平。
在選擇國外合作伙伴時要注意在電站工程設(shè)計方面，國際上流行著兩種不同的模式，在這兩種模式中，工程公司所起的作用也不同。
3.1.1美國模式
a)設(shè)備制造商僅負責(zé)設(shè)計和提供直接由其制造的產(chǎn)品，國內(nèi)俗稱主機供應(yīng)商；
b)工程公司在電站的成套設(shè)計、工程管理、采購、工程服務(wù)(土建、安裝、調(diào)試運行、維修)等方面起著非常大的作用，并且有豐富的經(jīng)驗。
3.1.2歐、日模式
a)設(shè)備制造商不但能負責(zé)設(shè)計和提供直接由其制造的產(chǎn)品，對主廠房內(nèi)的工藝系統(tǒng)也有較強的設(shè)計和成套能力；
b)一般不請獨立的工程公司協(xié)助其進行輔助系統(tǒng)的成套設(shè)計；
c)其工程設(shè)計力量是屬于設(shè)備制造商的一部分，所提供的工程設(shè)計總是與公司的設(shè)備緊密聯(lián)系在一起，屬專門化的設(shè)計。
3.1.3選擇美國模式的優(yōu)勢
筆者認為，如創(chuàng)建合資的工程公司，則采取美國模式更為有利，主要因為：
a)從工程的觀點看，美國模式無論是設(shè)備制造還是電站設(shè)計均十分接近我國傳統(tǒng)的、成熟的火力發(fā)電項目建設(shè)實踐，雙方合作容易找到共同一致的基礎(chǔ)。
b)美國的工程公司總是獨立于設(shè)備制造之外，具有和多家廠商合作的經(jīng)驗，因而在電站設(shè)計方面，增強了靈活性，減少了局限性，可增強國內(nèi)設(shè)計院的應(yīng)變能力。
c)在主設(shè)備的招標評標過程中，唯有美國模式的工程公司才能公允地同參與競爭的各供貨商進行評判。若選擇了歐洲某設(shè)備貨商合作，將使自己陷入“唯一性”，而失去了“靈活性”和“公允性”。
d)美國工程公司由于其在工程項目中的地位和作用，積累了非常豐富和廣泛靈活的經(jīng)驗，對提高國內(nèi)設(shè)計單位的水平有利。
e)一般而言，美國公司在提供技術(shù)轉(zhuǎn)讓方面，持相對比較開放的態(tài)度。
3.2BOP工程設(shè)計模式
可按嶺澳核電項目現(xiàn)有的模式，繼續(xù)擴大國內(nèi)設(shè)計的份額，把設(shè)計自主化推上一個新臺階。
