时间：2023-03-20 16:22:19
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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
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
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
（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
1．1教材中关于探究杠杆的平衡条件实验设计
在教材中，该实验安排为学生分组实验，并且要求在九年级上学期的第一周就要完成．具体步骤是:(1)通过实验会让学生调节杆杠，让杠杆在水平位置达到基本平衡，因为这样便于从杠杆上直接读出力臂的大小;(2)把一定的钩码挂在杠杆左侧，用弹簧测力计在某一位置竖直拉住杠杆，当杠杆达到水平位置平衡时，记录下测力计数据;(3)通过变换钩码数量，或调整塑料卡子改变钩码的位置，或调整塑料卡子改变弹簧测力计的位置，重复上述步骤;(4)记录三组数据，然后进行数据分析．
1．2杠杆平衡条件的定量计算
杠杆平衡的条件是:F1L1=F2L2，只要有3个物理量，就可以通过公式运算出来第四个物理量．该阶段实验的难度在于:(1)杠杆示意图要准确;(2)单位需要做到统一;(3)保证测量直尺的密度准确均匀．核心是讨论杠杆的平衡问题，杆杠得以保持平衡的条件是:F1L1=F2L2，如果杠杆达不到平衡条件，可以将杠杆的支点向乘积较大的一方移动．
1．3杠杆实验中出现的问题
(1)实验设备对平衡的影响．平衡实验设备一般搭配的塑料卡子，但是这会影响到杆杠平衡的精确度．一般来说，塑料卡子约在0．2克，这对平衡造成的影响是不可以小看的，因为这会直接影响到定量计算的精确问题．关于这一问题的解决方法，可以变换质量更轻的棉线圈取代设备自带的卡子．这可以大大减少实验的误差问题．(2)杠杆平衡的判断问题．老版教材采用的是用钩码代替作用力F1和作用力F2，没有使用弹簧测力计．虽然使用钩码既方便又便于观察，但是难以连续改变作用力F1和作用力F2的大小，力臂测量的不准确也会直接影响到定量计算的准确问题．因而，新版教材已改进为左端用钩码，右端用弹簧测力计向下拉动进行实验．但是弹簧测力计在右端倒置使用时由于受弹簧测力计弹簧、铝质滑片和外壳的影响会使测得的拉力要小一些．建议教师使用弹簧测力计在左侧(与钩码在同一侧)施加拉力作用，正置使用，在竖直方向上调零，学生也比较熟悉．而且可以尝试用弹簧测力计斜向上拉杠杆，直至杠杆在水平位置平衡，记下此时的动力、阻力、阻力臂的值，需要借助刻度尺及三角板辅助测量出动力臂的值，体会为什么实验中要调节杠杆在水平位置平衡．
2杠杆实验的教学反思和后继实验
2．1保证杆杠实验的准确度
杠杆属于力的研究范畴，但力是一个比较抽象的概念．杠杆平衡实验就是为了让学生深切的体会力和力的作用，但是力臂也是需要考虑的问题．总结上面的实验问题可以看出，其中核心问题还是在于测量和计算的精确问题．在实验前，教师要求学生调节杠杆到水平位置的原因也就是考虑到杆杠自身的重力对平衡造成的影响．传统的做法是要求学生实验3次，最后来求平均值，以此方法减少误差．但是很显然，这样的做法依然是存在问题的．笔者认为实验的次数可以加大到约10次左右，同时也对记录数据的表格进行了改变．
2．2教学过程中的问题意识
杠杆属于简单机械，要求学生在观察中发现问题和寻找解决方式，这是苏科版初中物理教材独特的设计模式．因此教材设定了实验活动的内容，不仅有探究、观察、实验，还有讨论、交流和评估等内容．因此，在课堂中引导学生提出问题，并想办法解决是教师的重要责任．比如在实验中遇到图1出现的问题:怎么在不改变O点右侧的数据，同时保持左侧第几个钩码不变，需要将另外2个钩码移到到其下方?这一问题是考察学生在限定性条件下，如何动脑筋解决问题．根据杠杆平衡的条件F1L1=F2L2，通过相应的计算可以得出答案为第2格．另外，教师也可以根据具体的教学情况，询问学生一些通过实验才能读出的问题．比如问:(1)平衡螺母的在杠杆平衡实验中的作用是什么?(2)为什么需要调节杠杆到水平位置?(3)如果挂好钩码后，是否可以再次调整平衡螺母?
2．3杠杆平衡实验在生活中的应用问题
实验的目的就是为了让学生在生活中可以灵活地运用所学知识进行常识性判断，杠杆平衡实验尤其表现出在生活中的适用性．最简单的应用问题就是，学生可以依据杠杆平衡的条件准确地判断费力杆杠、省力杠杆和等臂杠杆．即当F1×L1=F2×L2时，若L1＞L2，那么F1＜F2，该杠杆就是省力杠杆;若L1＜L2，那么F1＞F2，那么该杠杆就是费力杠杆;若是若L1=L2，F1=F2，那么就是等臂杠杆．经历过杠杆平衡的实验，学生至少应该能够绘画出杠杆示意图，并且能够通过分析数据，得出一定的平衡规律．同时，学生还应该关注生产生活，了解杠杆在生活中的作用，比如我国古代的舂和桔槔就是善于运用杠杆的结果．
3结语
1.实验目的。
通过模拟基于XBRL数据的审计过程，帮助学生增强对审计理论与方法的感性认识，熟练掌握收集审计证据的主要方法，理解并顺利实施XBRL的信息渲染与萃取，培养动手能力。
2.实验内容。
从教学方来看，通过实验向学生展示如下内容：XBRL会计数据的生成与传递过程；传统财务报告渲染为XBRL财务报告的基本机理；XBRL信息的萃取机理；基于XBRL的审计证据的收集与处理方法。从学习方来看，通过实验掌握如下职业技能：获取传统财务报告信息；把传统财务报告渲染为XBRL财务报告；从XBRL财务报告中萃取信息；收集和处理审计证据。
3.注意事项。
一是传统财务报告的获取。通过以下渠道获取传统财务报告信息：上市公司网站；财经网站；证券交易所网站（上海证券交易所、巨潮网站）；中国证监会指定的其他上市公司信息披露媒体（中国证券报、证券时报、上海证券报、金融时报、中国改革报、证券日报、证券市场周刊）。二是XBRL实例文档的获取。可从上海证券交易所和深圳证券交易所网站中下载XBRL实例文档。三是取得对会计准则及相关规范的理解。主要涉及会计信息化、XBRL通用分类标准的制定与实施等。四是取得对审计准则及相关规范的理解。主要涉及审计信息化、内部控制中的信息与沟通、审计过程中对信息的关注等。
4.设计建议：
一是教学准备。教师在准备实验时，要撰写审计案例文本，对审计环境、公司概况和审计的主要环节进行描述，以提高审计实验的效果。二是学习准备。学生在实验开始前，应回顾传统财务报告信息的编制过程、XBRL的基本理论、XBRL规范、XBRL分类标准、XBRL实例文档和报告流程。此外，还要收集或编制基于XBRL的样式表，提高实验过程的可视化效果。三是比较实验效果。通过XBRL审计只是《审计模拟实训》课程的一个环节，在实施XBRL审计实验之前，已经实施了传统审计实验。教与学双方都应比较两种实验的效果，以增强对XBRL审计实验的理解能力。四是做好实验总结。教师要撰写教学总结报告，学生也要撰写模拟实训总结报告。
二、把传统财务报告渲染为XBRL财务报告
1.渲染工具。
渲染工具（RenderingTools）是解决XBRL可视性的应用软件的统称，把电脑编码语言显示为人类肉眼能够识别的视觉元素。可分为基础工具、转换工具和浏览工具三种类型。基础工具包括XBRLGL应用软件、XBRLFR应用软件、分类标准编辑软件、实例文档编制软件等；转换工具包括文件转换软件、版本转换软件等；浏览工具包括各种解读、浏览、显示功能的软件。把传统财务报告渲染为XBRL财务报告的过程通常并不借助XBRLGL应用软件，而是通过XBRL规范直接将已经存在的财务报告信息转换为XBRLFR。这个过程实际上是为审计实验提供资料的过程，学生只有理解了此过程，才有可能在此基础上实施审计模拟实验。把传统财务报告渲染为XBRL财务报告应遵守基本的会计业务处理的基本规则，如遵守会计等式或资产负债表平衡规则、资产负债表须列示资产（遵守逻辑，下同）、分类资产负债表须列示流动资产、资产负债表须列示股东权益，等等。
2.数据准备相关的审计实验设计。
（1）教师准备。
一是上市公司数据。根据实验的环节需要，选择适当的上市公司数据。例如，在实质性程序的财务分析环节，可选择收入、成本具有可比性的施工企业的数据。二是实验软件。教师个人往往无力采购正规的实验软件，况且即使有实验软件，学院或学校的实验室也往往不能正常保障该软件在局域网内的运行。因此，建议下载Fujitsu等主流XBRL软件商提供的免费试用版软件，安装于学生的单机电脑中使用。三是理论、技术、规范等文本。在理论课教学中，向学生传授XBRLGL和XBRLFR的基本知识、技术特点，并展示规范文本。四是上市公司实例文档。下载与上市公司数据相应的上市公司实例文档，以便检验实验成果。
（2）学生准备。
一是传统财务报告的编制。实验前学生应回顾传统财务报告的编制理论与方法，以实现对照比较的目的。二是对XBRL财务报告的理解。学生能够理解XBRL财务报告是正确实施XBRL审计实验的基本前提。三是对证监会监管要求的理解。系统回顾和理解证监会关于会计信息披露的要求。四是技术准备。包括熟悉XBRL相关软件的使用、财务报告和其他会计信息的读取、验证与逻辑检验。
（3）实验实施。
在教师的指导下，学生实施以下环节的实验：XBRL相关软件的安装与试用；依据经济业务资料，编制XBRL实例文档；理解和运用XBRL分类标准，据以调整XBRL实例文档；考虑和分析证监会的监管要求，进一步理解和运用XBRL分类标准；XBRL网上呈报。
三、审计实验中XBRL信息的萃取
1.萃取工具。
萃取工具（ExtractionTools）是获取XBRL呈报的会计信息并进行分析和使用的应用软件的统称。在审计实验中，主要的萃取工具有：XBRL实例文档浏览软件、文件转换软件、版本转换软件、财务分析软件、文件审核软件和文件搜索软件等。其中，各类转换软件的功能与渲染工具的功能是相同的。从XBRL数据库中萃取信息，要注意检验信息的安全性和逻辑性。同时还要考虑其是否能正常应用于风险评估模型、舞弊识别模型、分析性程序和专业判断模型之中（考虑这些模型的特点和要求）。
2.相关审计实验的设计。
（1）教师准备。
一是上市公司环境描述。由于审计实验无法重现公司环境和审计环境，因此描述文本对于学生理解实验情境非常重要。二是上市公司XBRL数据库（模拟）。必要时可向上市公司动员，争取支持。三是审计软件（数据萃取工具）。可从主流上市公司网站下载。四是审计模型准备。向学生提供主要的审计模型及其解释文本。
（2）学生准备。
一是基本审计理论与方法的准备，尤其是取得对连续审计的理解。XBRL有利于实现连续审计，学生应先了解传统审计与连续审计的联系与区别。二是取得对审计模型的理解。通过教学回顾和审计模型展示，帮助学生在实验中理解审计模型的涵义，掌握模型涉及的数据的获取途径。三是实质性程序。在实验中掌握账实核对等实质性程序的运用技巧。四是审计工作底稿。掌握审计工作底稿的编制要求。
（3）实验实施。
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
1．高中生物实验设计遵循的原则
实验设计要遵循实验的原则。首先，实验的设计要具有科学性，科学性原则要求教师在进行试验教学的时候，要明确实验的目的性，在选择实验材料的时候，一定要选择具有科学性的材料、运用科学性的实验方法、使用合理恰当的实验原理。除此之外还要满足高中生物学实验的基本原则和原理。其次，实验设计要严谨，在生物实验进行时要保证实验设计的方案没有漏洞。最后，实验设计要简易，在进行实验的时候，要保证实验所需的材料能够容易获得，实验的操作步骤简单易懂，避免实验所需时间过长。除以上几点原则之外，还要遵循可行性原则、随机性原则、可重复性原则以及实验条件一致性原则等。
2．高中生物实验设计的方法
高中生物实验设计属于探索性的教学活动，任何的探索都是从问题开始出发的，因此，教师在进行实验教学的时候一定要重视引导学生去发现问题。在实验开始之前，教师首先要确定就是要通过实验来提出问题的假设，用实验来解决问题，用实验来得到正确的结论。由此可见，高中生物实验的设计是高中生物学科的难点。教师在设计实验的时候一定要引导学生去发现问题，让学生对实验感兴趣，并且不断的提出问题，在引导的过程中，激发学生的探索精神和学习兴趣，集中学生的注意力，激发学生的求职欲望，以及鼓励学生自我提问、学生与学生之间相互提问、学生与老师相互提问。除此之外，教师在实验设计的时候，还要不断地优化创新生物实验的设计，在设计的时候教师一定要利用控制单一变量的原则来不断地调整实验的进行，这样才能有效地培养学生的辩证思维和创新思维。只有做到了以上几点，才能有效地保证高中生物实验设计的科学性和有效性。
二、高中生物实验的分析
高中生物实验中，实验结果的分析占有很重要的位置。教师在进行实验分析之前，一定要给学生充分的思考时间，让学生进行讨论交流，使学生尝试着去分析实验的结果。将学生以小组为单位进行讨论，让学生自己去探索实验的原理、步骤以及对实验结果的分析。如此一来，不仅能够提高学生的学习兴趣，还能够使得一些有困惑的学生能够得到其他同学的解答后恍然大悟。对于学生一些较好的想法和提议，教师要给予及时的鼓励和支持。实验结果一般都可以观察和测量的实验现象，在生物实验中出现的真实状况，是获取实验结论的重要依据。假如教师所做的生物实验属于验证性实验，那么结果是唯一的，同样结论也是唯一的。假如教师所做的生物实验属于探究性实验，那么结果就不再唯一，且每一个结果都将得到一个结论。一般高中生物实验结果的分析，问题出现最多的实验就属探索性实验，通常表现的情况有以下几种:首先，实验的结果与实验的结论不一致;其次，教师在进行实验分析的时候不全名，没有正确且准切的分析实验结果出现的各种可能性;最后，教师在实验分析时语言表达不准确，甚至出现结果与结论颠倒的现象。通常生物实验结果分析使用的语句都是“如果……那么说明……”首先阐述实验的结果，然后再阐述得出的结论。
三、结束语
综上所述，高中生物实验重视的不仅是实验的技能，更注重实验的设计和分析，尤其是在近几年的高考中，实验设计和分析出现的相对频繁，并且所占的比例和分数也逐渐呈上涨的趋势。因此，教师在平时的教学过程中，一定要重视实验的设计和分析，对于实验过程中学生提出的一些好想法和意见，教师要给予及时的鼓励和支持。
由于目前中小学的课时量、实验仪器和药品数量的限制，使得教材中的很多实验学生无法亲自动手完成，只能由教师来做演示实验，极大地影响了学生的动手能力和创造能力。而微型实验的出现则可以改善上述的症状。尤其是新课改之后，教学方式、教学内容的变化，给实验教师带来了一定的挑战性。倘若课堂上依然完全采取教师讲、学生听的方式，便无法提高教学质量，使教学停滞不前。尤其是在实验教学方面，不能自己动手操作，就会永远走一条既成的老路，无法实现创新。而且常规的实验会需要更多的药品和仪器，同时造成环境的污染。因此，在中学化学实验当中逐步实施微型实验，节约资源，提高学生的创造力是相当有必要的。
二、微型化学实验的特色和实施的必要性
微型化学实验仪器具有不易破碎、小巧便携、使用方便等特点，使得无论是学校还是个人都有能力去创建自己的“微型实验室”，这就为化学实验课堂教学的改革提供了方便与可能。实践证明，微型化学实验在教学中的实施概括来说主要有以下特点：过去的课堂实验基本上被演示实验所占据，学生们处在一种“被动接受”知识的状态中，而微型实验使得大多数学生都有机会自己动手参与，使得启发式的教学方法能够得以实现；微型化实验具有安全性和节约性的特点，教师可以放心地让每一个学生独自动手实验，亲自动手实验的方式可以促进学生理解和形成化学概念，帮助培养学生实验观察和动手能力，同时，极大地促进了学生对于化学实验兴趣的培养；方便了实验室分组实验、家庭小实验尤其是随堂实验的展开，培养了学生既动手又动脑、理论联系实际和解决实际问题的能力，尤其是对于资源条件较差的农村中学，微型实验的实施对其影响颇深；有利于减少废气、废液以及固体废品的排放，改善实验室环境、降低空气污染，减少对师生健康的损害。具体来说，微型实验可以：
（一）改进演示实验，激发创新
演示实验是课堂教学中最直接、最便捷的一种的实验教学方式，是探索新知识、学习实验操作和技能的最基本途径。因此教师在做课堂演示实验时，对课本的中实验进行了合理的微型化改进。如：做“木炭还原氧化铜”实验时，常常会出现现象不明显，反应时间较长的现象，影响观察和判断，其中碳和氧化铜的质量比需要控制在（9~13）：1的范围内，倘若比例过高，氧化铜不能完全反应；比例太低，碳粉的量遮盖了铜的颜色，现象不易观察。对于此实验，可以做如下改进：为了减少实验时间，可以在实验开始之前将碳粉和氧化铜粉末混合均匀，调成糊状。取少许均匀涂抹在试管底部内壁上，待晾干后，进行还原实验操作。因为反应物的量非常少，所以加热较短时间就能观察到试管内壁紫红色铜镜的出现。改进后的实验节约药品、现象明显，有利于激发学生的创新能力，培养其创新的意识。
（二）设计分组实验，培养学生的创新、合作精神
设计分组实验不仅可以帮助学生形成概念、巩固知识、培养技能，更能训练其团结、合作、互助的精神。在实验课堂上，一个合理有效的分组实验，能帮助大家节约资源、节约时间。如”二氧化碳气体的制取“实验，教师可以将实验分为4个小组：通过上述分组实验探究，学生可以找出二氧化碳气体制取的最佳方案，并且能够举一反三，了解到其他制取方案的优劣性。
（三）展开家庭兴趣小实验，培养学生实验兴趣和实践能力
实验课中的教师演示实验和学生分组实验，毕竟时间、仪器、药品选择有限，不能够让每一个学生的兴趣和个性得以激发，课堂中的实验更多的是训练学生的实验方法和实验思维。此时，家庭兴趣小实验便可以提供广阔的空间，学生可以依照自己的兴趣爱好，进行独立的微型实验设计。首先，提出方案设计，通过查阅资料、选择药品和仪器，现象观察与记录，结果的交流分析等。整个实验过程中，都是由学生来主导的，体现了自己的主观能动性。如“纸杯烧水”实验——水的沸点是100℃，加热沸腾后只吸热，温度不再升高，而纸的着火点在150℃以上，所以水可以烧开，纸却没事，这样的实验材料选择非常简单，容易操作。又如”变胖的鸡蛋“——醋酸和鸡蛋壳的反应，鸡蛋壳的主要成分是碳酸钙，醋酸的主要成分是酸，所用物品在生活中随处可见，获取容易，生动有趣，现象明显易观察。反应原理是：蛋壳消失是因为与醋酸发生了反应，被溶解，从鸡蛋中冒出来的气泡，则是反应生成的二氧化碳。
