数字探究实验系统试制总结报告

一、EDIS研发背景：

1、计算机信息技术的快速发展及普及：随着计算机信息技术的日益快速发展，计算机已经

走进了生活、工作中的各个领域，也日益成为我们普遍使用的现代化工具，这为数字化探究实验系统的出现提供了基本的技术准备；

2、新课程标准中明确提出了提倡把计算机信息及多媒体技术应用的理科实验中去：“现代信息技术的迅猛发展和网络技术的广泛应用，为化学课程提供了丰富的课程资源。将信息技术与化学课程整合，既有利于学生学习化学知识和技能，又有利于培养学生收集信息、处理信息、传递信息的能力。”……“

3．信息技术要进入化学实验室：重视将信息技术应用到化学实验室，加快中学化学实验软件的开发和应用，诸如通过计算机实时测量、处理实验数据，分析实验结果等。”……“例6 用传感器和计算机实时采集和处理实验数据。”……教材中出现了相关的实验内容，比如沪教版、人教版的高中化学教材中已经有很多的化学实验需要数字化实验方式解决。

4、传统的实验仪器及方式越来越不能满足现代化教学的需要，传统的实验仪器使很多实验没法做、做不好，新的教学方法越来越重视探究性教学，数字化实验系统是探究性教学的平台和工具，师生也越来越欢迎新的实验手段和方法。

二、EDIS工作模式

模式1：采集器联合电脑模式，即“传感器+数据采集器+电脑”工作模式， 此种模式适合于室内数字化探究实验，PC应用软件功能非常强大，是国内同类软件中最受欢迎的。用户只需要给每个实验小组配置一台普通电脑就可以，成本相对较高。

模式2：手持分析仪脱机模式，即“传感器+多功能手持分析仪”工作模式 此种模式适合于室内以及户外数字化探究实验，用户需要购买多功能型手持分析仪。其内存较大，软件功能强大，同时具备普通电脑的基本功能，MP3、MP4、网络、文件存储、VGA播放等功能都是独特的。另外，此模式还提供了本地/PC切换。

模式3：手持分析仪联机模式，即“传感器+多功能手持分析仪+电脑”工作模式，当连接到电脑时分析仪仅处于普通采集器工作状态，但可以借助电脑巨大的磁盘空间以及PC软件更大的功能进行复杂、深度的数据分析和处理工作。

三、EDIS与传统实验技术的比较优势

1.  测量手段先进，实验数据精度高，比如力的测量：

2.  实验数据可连续量化显示，比如单根导线切割空间磁场的实验：

1. 分析手段先进:数据处理能力强、准，比如加速度与拉力的关系的实验拟合：
2. 尊重实验的科学性，比如上图中加速度与拉力的关系实验中，5个数据点比较均匀地分布并紧凑在拟合直线的两侧，这些存在客观误差的点不完全在理论直线上正说明实验的科学性。
3. 实验成功率有保障，现代化成熟的计算机信息技术及科学合理的实验设计对实验的成功率有足够的保证，我们对10个常见实验进行研究,据统计，利用数字化实验手段反复实验,其成功率达到99%。
4. 解决了传统实验中不好做的、做不出的、效果差的问题，比如“绿色植物、水生植物的光和作用”、“玻意尔定律”、“牛三定律”等等
5. 理念更为先进:注重学生的主动探究性学习,是新教法改革的有效工具。
6. 帮助学生理解掌握基本概念和基本规律方面优势:

1）由于DIS实验实验误差较小，这就使化学学规律的发现或验证更具严谨性和可信度。

2）由于DIS实验测量精确、快速、操作灵活、简便，使得学生能够较容易发现或验证各化学量间的数学关系，对定量研究化学学规律非常适用。

3）由于DIS实验可以实时动态地采集实验信息，因而在分析化学动态变化问题上有着不言而喻的优势。

4）由于DIS实验由计算机代替人脑对数据进行简单统计，处理和分析，使学生摆脱了烦琐的计算过程，从而能将更多的时间、精力用于研究掌握化学学规律上。

1. 帮助学生发展提高各种能力方面的优势:

1）由于有了计算机辅助进行分析处理，这使得学生的数学图形分析能力、对复杂化学问题的分析判断能力以及联想猜测能力有了较大的提高。

2）由于实验设备先进，使得原本较难完成或不能完成的实验有了得以实施的可能，这就在很大程度上提高了学生的实验设计能力。

四、EDIS与国内同类产品的比较优势

（一）传感器优势

1、大量采用优质进口元器件，从根本上保证了产品质量

2、生化电极基本为美国和日本原装进口，产品性能接近国际水平

3、电路设计普遍采用双量程，量程和参数选择和通过软件实现，有效克服硬件拨码开关的弊端。

4、传感器数据通信采用高清双屏蔽接口和连线（HDMI），高保真、抗干扰

5、采用瑞典引进现代贴片焊接技术,大大提高产品的稳定性和一致性

6、传感器种类国内最齐全，全面满足教学、教研各种需求

除了拥有常见的理、化、生等各科传感器外，我公司研发团队还刻苦攻关、下大力气开发出了许多特殊传感器，酒精、氯气、氢气、一氧化碳、二氧化硫、氧化还原、心率、心电图、呼吸率、热辐射以及钠离子、氯离子等多种离子传感器都是行业内独特或者处于领先水平的，目前传感器种数已经超过50种，大大拓宽了教学传感器的范围，犹如建立了大型的“EDIS牌”传感器超市，使用户的选择面空前增大。

（二）不带屏数据采集器优势

1.   USB接口传输、供电，无需外接电源

2.   同时满足各种模拟或者数字传输传感器

3.   4通道可同时高速传输，最高采样速率100ksps

4.   数字通道采样精度高达1微秒

5.   所有端口具备12kVESD静电防护

6.   所有端口具备短路保护

7.   人体工学外观设计，实用、耐用

8.   SMT技术生产、预留扩展空间

9.   与传感器任意组合

10.  支持热插拔，即插即用

（三）带屏数据采集器的优势

考察国际手持潮流，分析国内同类产品的弱点，EDIS最新推出多功能型数据采集器，能完全代替“电脑+采集器”的工作模式，可进行实验配置、数据采集、实验分析，克服了国内同类采集器软件的局限性，可通过硬件上的按钮，灵活切换全工作模式或采集工作模式，也可通过增值开发各种软件扩展为PDA的其它应用。它可方便地放置于桌面进行室内采集或外出便携，帮用户节省学生用电脑，整个教室只需要1台电脑，大大节约成本。特别值得指出的是，我公司的EPA300款手持分析仪软件功能与PC软件基本一致，彻底克服了国内同类产品“只有花架子、没有真工夫”的毛病，可以真正代替电脑完成各类基本及复杂实验。

技术参数

5.6“全真彩触碰屏/128M内存， NAND FLASH 128M /400MHZ，32Bit/内置锂电池，可持续工作8个小时，理论时间15个小时/100M网口，带连接和传输指示灯/USB供电,1个USB 主口，1个USB 从口/ SD卡接口，最大可接8G SD卡/1路立体声扬声器，1路立体声音频输出接口可接耳机或音箱/本地\PC自由切换/可直接连接各种VGA接口的CRT显示器或液晶显示器，支持LCD和VGA同时输出，VGA 分辨率640 × 480/WinCE 5.0 BSP支持包，支持MP3、MP4播放，支持文本、表格等常用软件/支持无线传感器连接/四通道并行采集，单通道最高采样速率100ksps。

独特优势

流线型外观设计，尺寸适中，小巧、时尚、精美；多种复合型功能，满足教学多样需求；图形化软件设计，界面简捷友好，功能强大

（四）软件优势

1、Office软件（WORD、EXCEL）风格和开放式设计，避免烦琐窗口和花哨菜单，适合师生使用习惯，有利于快速学习

2、智能化程度高，实现智能设定最佳采样频率；自动配置显示数据的表格、图表、数值仪器、表盘等多种数据显示方式；自动识别和配置传感器

3、可以设置与硬件设备连接和脱机工作，可以同时打开多个软件窗口进行实验（可以打开一个连接硬件的软件窗口，无限多个脱机的软件窗口）

4、显示方式灵活多样，实验过程中可实现数据、实时显示数据窗口和图象的同时显示, 同一页面可以根据设定多图表和多表格显示（最多可6个）

5、操作自由度大、灵活强、扩展性显著，可以让用户得心应手、随心所欲,在数据采集的同时可以对图象进行放大、缩小、拖拽等操作；可自由设定采集数据的计算精确位数；可以自由插入文本列，表头文字可以随表格一同导出；采集数据可以保存为历史组，实现与前面采集数据的对比，并可以在同一个图象中比较不同次或不同组曲线；坐标轴可以灵活设置变换；图象有点显示、连线显示、点连线三种显示功能；实验前可预先添加计算公式，自动计算相关数据并显示图象；包含各种特殊符号插入公式的功能；可自由设定多种图象点的样式和颜色等等。

6、充分照顾用户文件管理需要，实验结果可以WORD\EXCEL的形式整体或者局部导出\保存，也可以直接导出为实验报告

   

7、表格功能强大，可以象EXEL一样自由设计、任意拓展，通过计算列、积分、

拟合（14种以上的拟合函数，并且函数可自定义系数）等功能，可以进行专业的实验数据分析。

8、设立了开放式的实验模版功能，既为用户配备了大量典型的实验案例模版，

接上传感器就直接采集，又方便用户自己扩建实验模版,内置几百个化学、化学、生物学科的实验

9、软件运行时占用内存空间极小（仅4%左右），不影响其它软件正常使用。

五、建设数字化探究实验室的必要性与可行性

（一） 必要性：

1、      新课程标准中明确有要求把计算机信息技术应用到理科实验中去，作为理科实验重要的先进的工具——数字化探究实验系统必不可少；

2、      人教版、沪教版等教材中已经明确了数字化实验手段地位，许多实验明确要求用数字化实验做一做，没有数字化实验系统，没有数字化实验室，将给师生的教学带来一定的困难；

3、      教材中既然明确了数字化实验手段的地位，势必会加强在重要考核评价——高考中的地位，可以预料，在以后的高考试题中，将会出现数字化探究实验的内容，尽早让学生掌握数字化探究实验的方法，会是明智的选择；

4、      教育部相关教育装备标准里面明确了“计算机数据采集处理系统”——“数字化探究实验系统”是普通教育阶段装备的选择；部分省份，如上海、江苏、山东、河北等地区均把数字化实验室装备列入本地区的装备标准里；

5、      现在的规范化学校/重点学校/星级学校的评比及考核中，是否拥有一定数量的现代化实验室，是一项重要的评分依据；

6、      素质教育是中国教育的发展趋势和潮流，作为素质教育、探究式学习的有效工具——数字化探究实验系统，必然是学校装备的适合选择；

7、      新的实验手段和理念，让师生们拓宽了实验思路，寻找到更多教学灵感，所以随着装备数字化探究实验系统的学校越来越多有关数字化实验手段的实验教学论文犹如雨后春笋般地发表在各种教学杂志上；

……

（二）可行性:

1、 政策及实际教学需求方面，装备数字化探究实验室的必要性说明了在政策及实际教学需要方面的具有可行性，全国各地不断出台的扶持数字化实验室的文件也证明了教育主管部门和财政部门对此类项目的高度重视。

2、 物质基础方面，数字化探究实验室建设可以量力而行，一般的数字化探究实验室根据学生分组数量确定不同的装备数量，一般按13、15（48、56人，4或人分组，老师1组）组或25、29（48、56人，2人分组，老师一组）组，所以，一般的数字化实验室加上计算机、网络、实验台等基础部分的投入大概在15—55万之间，这些资金对于一些重点学校来说并不是很大的压力。

六、从用户反馈看EDIS的价值

对于同一个事物的价值，向来仁者见仁、智者见智，立场、角度、关联程度的差异往往导致很大的分歧。EDIS自投放市场以来，获得了广大一线教师和学生的喜爱和欢迎，目前用户单位已经超过1500个。我公司为哥哥用户建立了跟踪服务档案，保持密切联系，不断听取他们的反馈意见、持续完善和发展产品。根据各地教学反馈的意见，我们总结出EDIS具有以下重要价值。

（一）教学价值

科学教育的水平与教学模式、方式、手段和仪器是紧密关联的。随着技术成果向教育领域的不断渗透，教育技术已经逐渐发展成为一门独立的学科。数字化实验系统是计算机技术、通信技术和传感技术的有机整合，是对传统实验技术和手段的巨大革命，其教学价值首先,就是体现在教学技术的现代化上，正是有了这么一套独特的实验系统，才使得数据实时采集、实时传输、实时记录、实时绘图、实时分析、实时分享等人类科学实验的梦想成为现实，而且从科学家的实验室应用走进了普通的教学课堂，从此电脑的功用不再局限于上网、电子办公、游戏或娱乐，而是增添了实验探究的崭新领域，很多第一次接触这个系统的人感觉眼前一亮既而兴趣盎然也就不足为怪了。其次，该系统的教学价值在于它切实解决了传统实验的一些不足或者困境，比如以前一些效果不好的、没有办法定量的、没有办法显示的、没有办法分析的实验迎刃而解了，教学效果大大提升。另外，实验模版、实验结果以及实验报告的电子化，使得教学评价和教学指导的模式更加现代化，从而可以进一步促进教学、优化教学。

（二）教育价值

教育价值是教学价值的内化和提升，是对学生个体发展的深远而持久的教育影响。数字化实验系统除了能够让学生体验并实践现代化的实验技术外，还有助于开发以及培养他们的其它诸多素质和能力，对他们今后的工作和生活产生长久有益的影响。

1、EDIS有助于培养学生定量思维习惯。定性——半定量——定量是科学实验的基本途径，也是研究逐步深入的必然规程，传统实验手段的落后性制约了实验方法，也制约了学生的定量思维发展，不利于他们思维的缜密性养成和发展，而采集高频化、记录自动化、数据精确化、分析智能化、存储便捷化的数字化实验完全可以弥补此类缺失。

2、EDIS有助于培养学生的发散性思维和创造性思维。经常听到一线师生抱怨自己缺少好的实验仪器或者软件平台，导致自己的好的创意或者设计没有办法实现或验证，这样的痛苦是深刻的、普遍的也是无奈的，“工欲善其事，必先利其器”的古训是有道理的。教育推动科技发展，但科技成果需要及时返哺教育，否则教育会越来越落后于科技发展。当一个学生学会用二氧化碳、氧气、湿度、温度等传感器探究影响光合作用的因素时，其思维的宽度和深度将远远超越机械的识记水平，思维的发散性和创造性获得锻炼机会。

3、EDIS有助于培养学生的综合探究能力。面临问题困境——提出科学假设——设计验证步骤——实施探究过程——重新假设——校正步骤——重新探究……直到解决问题，这是科学探究的基本模式，探究教学的精髓就是教会学生模拟科学家发现真理的过程。由于科学探究过程的难点在于实证，数字化实验系统的出现为广大师生提供了实证的机会和手段。

4、EDIS有助于培养学生综合应用现代科技的能力。作为未来世界的主人，当代学生需要体验并实践各种先进的实验理念和实验技术，数字化实验室建设为学生个体发展现代科技素养提供了契机，学生可以运用各类传感器、数据采集器、电脑以及必要的实验配件等硬件通过开放性的软件进行各类实验操作，实验的综合性和现代化是空前的。

5、EDIS有助于培养学生合作学习的习惯。合作是现代人必备的基本素质之一，学生的合作意识在数字化实验中会得到不断强化。由于数字化实验过程需要用到传感器、数据采集器和电脑，硬件及软件的操作往往一个人难以实现，需要2人一组或者多人合作才能圆满完成，这可以让学生体验到合作的重要性和乐趣。

七、中学配置建议

可以配置教师演示用及兴趣活动小组使用的数字化探究系统，也可以整体配置与中学物理、化学、生物等学科相适应的理科实验专用数字化探究教室。根据学校财务状况和实际需求，可以物理、化学、生物分开独立配置，也可以生化合并配置，还可以理科综合配置。配置种类和数量可以根据归属初中或者高中等因素灵活处置，一般是2个学生一组，经济条件不足的也可以3~4人一组。配置种类和数量可以灵活处置。由于EDIS公司推出的多功能手持分析仪具有替代电脑的属性，因此可以在不改变传统实验室结构和基础设施的前提下增加数字化探究实验仪器，设备的可移动性也可以避免酸性气体对电脑等设备的腐蚀。

 

第二篇：数字摄影测量系统实验报告

数字摄影测量系统实验报告

专业： 测绘工程

姓名： 黄银池

学号： 061352

同济大学土木工程学院

二00八年五月

数字摄影测量系统实验报告

一．实验目的：

体会数字摄影测量系统进行立体测图的主要功能及主要作业步骤。从像对的内定向,相对定向,绝对定向到自动绘等高线,绘地形图等。

二．理论基础：

1．摄影测量系统的主要功能:

数字摄影测量系统是用来实现数字影像自动测图的系统。它除了可以胜任解析测图仪可完成的一切任务外，尚具有许多新的功能，如影相位移的去除，任意方式的纠正，反差的扩展，多幅影像的比较分析，图像识别，影像数字相关以及数据库的管理等等；通过显示器还可观察数字图像以及框标，控制点，DEM及其他所需特征；在空中三角测量中通过附加参数由自检校确定的系统误差的改正数可直接赋给图像，从而最终改善结果的精度；可转换成透视图像；可进行立体显示；可对图像自动进行所需要的特征提取，生成数字正射影像，数字高程模型或直接为机器人视觉系统服务等等。

2．VirtuoZo软件概况：

Virtuozo是武汉测绘科技大学全数字化自动测图系统WuDAMS的商品化名称，是国际同类五大著名软件系统之一。其核心技术处于国际领先水平。其主要功能为从输入的数字地面模型制作带高线的正射影像图与三维立体模型与交叉式全自动地物量测，可用于摄影测量、遥感与地理信息系统的数据采集与更新、测图与地图修测等。

三．实验内容：

1．实验器材：

硬件：电脑、偏振光（红绿）眼镜。

软件：武汉适普软件公司VirtoZo软件

2．操作步骤

?1）选电脑机型(03、04、05、07、)

?2）打开VirtuoZo软件界面。

?3)首先点击“文件”→“打开测区” 输入测区名, “打开模型”输入模型名。 ?4)点击”设置”:进行“测区参数”,“模型参数”,“影像参数”,“相机参数” ,”地面控制点”等参数设置。

a）模型参数与测区参数：按照刚才设定的测区与模型设定。

b）相机参数：

内方位

x0 -0.0081mm

y0 0.0251mm

f 303.883mm

四角框标坐标

x y

1(左下) 106.001 -106.001

2(左上) -106.004 106.004

3(右上) -106.003 -106.003

4(右下) 106.002 106.002

c）地面控制点：

定名

K1

K2

K3

K4

?5)再点击”处理”→“模型定向” →分别点击“内定向”,“相对定向”, “绝对定向”。对立体相对进行内定向，相对和绝对定向。记录下相对定向元素和绝对定向的残差数据。

?6)点击“处理” →“核线重采样” →“水平核线” X 5279.465 5534.552 5625.978 5805.450 Y 3087.315 2717.181 3243.370 2655.510 Z 3.715 3.384 3.386 24.513

?7)点击“产品”→分别点击 “生成正射影像” ， “生成等高线” ， “生成等高线叠合正射影像”。

?8)点击”测图”→”IGS数字化测图” →; “文件”→输入设定的文件名。 ?9)点击“装载”→“立体模型” → 选择3）中建立的模型名。戴上红绿眼镜，体验测标＋立体贴在模型表面。移动鼠标,使之沿地物特征线运动,尝试数字化立体测图；可尝试软件界面右侧和上方工具栏的各种命令进行。

四.实验结果 1.内定向 1 2 3 4

X 2242.257 121.950 121.198 2242.678

Y 87.329 2208.796 87.812 2208.054

DX 0.0087 0.0088 -0.0087 -0.0088

DY 0.0055 0.0055 -0.0055 -0.0055

X0=1181.950 Y0=1148.244 MX=0.0087 MY=0.0055 2.相对定向结果：

κ1 0.0085

κ2 0.0081

ω2 -0.0041

φ1 -0.0017

φ2 -0.0006

RMS=0.0115；点数=152 3.绝对定向结果： 点名 K1 K2 K3 K4

Mx=0.530929 My=0.349642 Mxy=0.635717

dx 0.312840 -0.789036 0.621318 -0.145122

dy 0.111768 0.151582 -0.589306 0.325956

dz 0.561179 -0.266711 0.491842 -0.786310

Mz=0.558178

4.草图

实验小结

总体来说，通过几次的上机实验，熟悉了VirtuoZo软件的基本功能，对于图象的内定向相对定向以及绝对定向有一个明确的认识，同时学会了立体测图的操作过程。

在实验中，我总结了以下几个注意点：

1、要较好的完成该实验，准备工作即控制到的采集和测量至关重要，因为控制点的数据质量好坏直接决定相对定向的残差结果。

2、上机操作过程中，操作步骤要明确并且不能随意颠倒，否则可能出错或者达不到想要的结果。

3、在进行IGS测图时一定要记得设置边界并且加以保存，绘制完成后导出dxf格式的文件，可利用CAD进行修改和编辑。