用更好的方法教科学的产品设计理念-为教育工作者带来良好的教学过程体验		万有引力常数测量实验引入课堂

科艺仪器自创办之日起，就致力于将全球先进的教学仪器引入中国，旨在通过教学仪器带入教学理念，帮助中国学生在国内就可以享有与国外学生同步的学习工具及教材。我们的主要方向包含：

• ● 基础教学- 基于数据采集技术的数字化实验系统，科目覆盖物理、化学、生物、地理等学科
• ● 专业教学- 完整的课程课件教学系统，课程覆盖光通讯、电工电子、机器人、机电一体化、新能源等专业
• ● 职业教育- 基于工业标准的电工电子、汽车工程、机器人等

实验方式的创新，有助于提高学生的学习兴趣		博源–一个以高品质和价格合理的教学仪器为标志的品牌

基于在教学仪器行业的多年深耕，2012年，科艺也发起成立了自有的教学仪器品牌Brolight, 致力于打造一个具有高水准的高性价比本土教学产品品牌，并持续输出海外市场。产品主要包含：

• ● 近代物理- 光电效应、霍尔效应、塞曼效应、电子核质比、核磁共振、热辐射…
• ● 光电专业- 激光原理、LED特性测试、激光扫描振镜、iToF/相位光速测量、激光雷达

产品概述

EDU 部门产品包括PASCO传感器、PASCO生命科学相关实验附件、Gampt超声波实验套件等多种生物医学相关设备，广泛中小学生物和高等教育中的医学相关专业的实验教学及相关培训。PASCO传感器能够实时采集和处理多种生理信号，如心电图、血压、呼吸频率等，为医学培训提供了强有力的支持。Gampt超声波实验套件可以对超声技术的基本物理技术原理及其在医学、自然科学和工程科学中的应用进行实验。

实验类型举例

EDU产品在医学培训中可应用于以下场景：

1. 模拟人体结构：

实验中利用PASCO实验附件搭建人体结构模型，并利用PASCO传感器测量不同结构的静态或动态受力情况，帮助学生了解人体结构及受理分析。

测量胳膊模型在扔球时肌肉的张力

利用力传感器测量人腿模型在不同角度支撑时，股四头肌的力量

测量人体模型在提重物时时，背部所受的力

眼睛模型实验内容包括：人眼成像原理，近视、远视、散光的形成原因及校正等

2. 生理参数测量：

通过PASCO传感器采集的生理信号，学生可以进行各种运动，并检测生理参数，如心电图分析、血压测量等。

测量跳跃时的弹跳力、锻炼时的心率变化、行走时腿部弯曲角度和频率

测量心电图、测量血压

3. 医学模型实验：

结合Gampt仿真模型及超声波实验套件进行的超声波相关实验，让学生了解超声波成像原理，及基本操作，让学生在理解理论知识的基础上，提高解决实际问题的能力。

多普勒血压测量

介绍B超声成像原理，通过检查充满液体的仿真乳房模型诊断囊肿或恶性肿瘤

妊娠检查：利用超声波成像观测胎儿模型

适用对象

PASCO生命科学相关传感器和附件及Gampt超声波实验产品系列的目标用户主要是医学院校学生以及医学培训机构的学生。让他们更好的理解相关医疗知识，掌握现代医学技术，同时提高他们的动手操作能力，提高诊疗水平，达到实验教学和培训的要求。

功能特点

PASCO传感器具有以下功能特点：

• ● 传感器和数据采集：传感器能够准确捕捉生理信号，为医学相关实验和培训提供可靠的数据支持。传感器可实时传输数据至电脑或移动设备，便于学生进行实时监测与分析。
• ● 传感器类型丰富：有多种传感器可供选择，包括：温度、血压、心电图、心率、肺活量、关节角度传感器、氧气/二氧化碳（进行呼吸相关实验）、一款传感器可监测多种生理信号，方便学生进行综合训练。
• ● 易于操作与维护：传感器设计简洁，操作便捷，维护成本低，适合实验教学医学培训场景。
• ● 灵活性：传感器小巧，安装连接非常简便，多种传感器可以灵活搭配，同时进行测量，可适应多种不同教学需求，为学生提供丰富的实验体验。
• ● 安全性：传感器采用无创测量技术，不会对学生造成任何伤害，确保培训过程的安全性。

常用的实验配置与选型

1. 生理测量传感器及附件清单：

2. 超声波相关配置清单：

效果预期

通过PASCO传感器和Gampt超声波实验系统在医学培训中的应用，预期达到以下效果：

1. 提高学生的动手能力：学生在指导下进行传感器操作和模型的搭建和操作，如佩戴、数据采集等，并通过电脑或移动设备查看和分析采集到的生理信号数据并进行相关分析。学生能够在实验过程中熟悉和掌握各种医学技能，提高实际操作能力，同时提高分析问题的能力。
2. 培养学生的大数据思维模式：结合PASCO传感器采集的真实数据，进行案例分析和讨论，有助于培养学生的传感器和大数据实验思维模式，更好地适应大数据时代的工作岗位。
3. 降低培训成本：PASCO传感器及相关附件均为模块化结构，可以进行多种组合搭配，并且产品部件可重复使用，维护成本低，有助于降低医学实验教学和培训的成本。
4. 有利于实验创新：PASCO传感器既是实验器材也是测量工具，其具有非常灵活性，通用性的特点，实验内容不会局限于现有实验手册内容，而是可以通过学生自主设计和搭配，开拓和创新出新的实验内容。该特点也非常适合学生用来参加各种实验大赛。

案例分析

以杭州某医学院为例，该校引入PASCO传感器进行医学培训。在实验教学中，学生通过传感器采集到的生理信号数据，进行心电图分析、血压测量等操作训练。同时，结合真实数据进行案例分析和讨论，提高了学生解决实际问题的能力。经过一段时间的教学培训，该校学生的动手操作能力和诊断思维得到了显著提高。这一成功案例证明了PASCO传感器在医学培训中的重要价值和应用前景。

行业概述

汽车产业是国民经济的重要支柱产业，产业链长、关联度高、带动性强，发挥着工业经济稳增长的“压舱石”作用。虽然我国汽车产业相比发达国家的汽车产业发展起步较晚，但快速成长的国内市场、相对低廉的生产要素成本，吸引了全球汽车产业资源向我国集聚，以奥迪、宝马、奔驰为代表的高端品牌纷纷在我国建立制造基地，高端品牌的转移显著提高了我国汽车整车和零部件产业的技术实力和制造能力。我国汽车产业正处于由“数量增长”转为“质量提升”转型升级阶段。

目前市场缺乏全能型技术人才，汽车相关的教育培训被期望着，而国内教学主要以理论为主，理论教学导致学生们很难发现实操过程中的问题并培养解决问题的思维。同时目前教学实验多为固定流程实验，与实际产业中遇到的问题大不相同，实验内容缺乏创造性影响学生思维。如果教学过程能尽可能实操及模拟真实环境，还可将实验数据实时生产并对数据进行处理，泽汽车产业的进步将指日可待。

本司产品与汽车相关教育培训的适配

1.汽车动力学

汽车的动力学基于基础理论力学，基础理论力学包括对平均速度和速度；速度和速度图；功和动能；牛顿定律；摩擦系数；动量与冲量；动量守恒；动量与碰撞；材料与碰撞等的学习和了解。而Pasco是这方面的专家，内置有速度传感器、加速度传感器、力传感器、陀螺仪传感器的智能小车，外加基础力学相关附件可以对汽车运动理论进行全方位的了解。传感器还可将试试测量到的数据传输到电脑、手机平板上，并通过SPARKvue 或Capstone软件进行数据分析以验证各种理论以及获取不同条件下的运动数据以供分析。除了基础理论，还有非常多可拓展应用，如在汽车行业，汽车的起始加速度一直作为衡量电机性能的核心指标，通过传感器与软件的配合，可以用于研究汽车电机的性能。智能恒速运行也是汽车舒适度的一个关键因素，智能小车与软件结合，可实时了解汽车速度并输出，从而可以探寻各类影响因素，更好的知道改进。

2.车身与风阻

汽车如何减少风阻一直是各大汽车厂商不断研究的方向，更小的风阻可以带来更高的定价，而这也是空气动力学专业学生主要研究的方向。Matrix的风洞产品可以为研究提供帮助，它具有计算机控制不同风速的风扇（可认定为汽车速度）、LED流量可视化、还可实时记录升力和阻力分量。学生可以设计打印出改进的3D汽车外观模型，然后学生可以对设计的各类流线型进行验证以发现更好的改善点来减少汽车风阻。

3.汽车控制系统

汽车制造的核心成本在于汽车电子，而汽车电子的核心为可实现不同功能的汽车控制系统，最终汽车控制系统加上机械结构，整合成完整汽车。汽车控制系统主要包括三部分，分别是电子控制单元（包括软件部分）、传感器和执行器。三个部分共同工作：汽车在运行时，各传感器不断检测汽车运行的工况信息，并将这些信息实时地通过输入接口传送给ECU。ECU接收到这些信息时，根据内部预先编写好的控制程序，进行相应的决策和处理，并通过其输出接口输出控制信号给相应的执行器，执行器接受到控制信号后，执行相应的动作，实现某种预定的功能。

汽车电子控制系统可以分为以下四个部分:

1)发动机和动力传动集中控制系统：包括发动机集中控制系统,自动化变速控制系统,制动防抱死和牵引力控制系统等；

2)底盘综合控制和安全系统：包括车辆稳定控制系统,主动式车身姿态控制系统,巡航控制系统,防撞预警系统,驾驶员智能支持系统等；

3)智能车身电子系统：自动调节座椅系统,智能前灯系统,汽车夜视系统,电子门锁与防盗系统等；

4)通讯与信息/娱乐系统：包括智能汽车导航系统,语音识别系统,"ON STAR"系统(具有自动呼救与查询等功能),汽车维修数据传输系统,汽车音响系统,实时交通信息咨询系统,动态车辆跟踪与管理系统,信息化服务系统(含网络等)等。

汽车控制系统的组成部分：电子控制单元（包括软件部分）、传感器和执行器，Matrix均有配套学习产品。电子控制单元对应有MIAC NXT，MIAC NXT是一种教育电子控制单元，专门用于教授汽车类专业学生如何使用ECU控制车辆中的电子系统。ECU内本身内置了汽车控制相关程序，除此之外，学生们还可以使用本司的flowcode图形化编程软件，进行特定编程并下载到MIAC NXT中，再结合外部电路（包括连接电路、传感器、执行器），实现特定功能。配套的Matrix附件也有相应的方便搭建和拆卸的电路模块、传感器及执行器（包含汽车传感器和执行器），可以快速搭建出电路并了解控制原理和电路特点。如下图所示：

具体可参考：EDU产品在汽车电子中的应用之Matrix篇。

4.新能源汽车

新能源汽车是全球汽车产业转型升级、绿色发展的主要方向，也是我国汽车产业高质量发展的战略选择。如今新能源车势头最猛的是电车，而学习了解电车必不可少的就是对电池和充电技术的学习掌握，Matrix有对应的电池和高压系统套件可供学习，该套件包括许多小型铅酸和锂离子电池，可用于形成具有不同电压和电流能力的各种电池。学生围绕这些电池构建电路，并了解现代电动汽车中使用的电池电路，包括充电系统、升压转换器和降压转换器、电池管理系统。学生构建不同电压和电流的电池，测量和表征电池性能，并测试电池。包括各种故障部件，以便学生了解蓄电池系统中的故障查找。也可了解负载对于输出电压的影响、放电对于输出电压的影响、不同类型电池的特性（包括铅酸蓄电池、锂电池、S电池）、电池并联串联特性变化、电压转换器特性、电池驱动各类电机时的电机转动特性。

具体可参考：EDU产品在汽车电子中的应用之Matrix篇。

5.电机

我国车用电机在全球资源条件下具有明显的比较优势，发展潜力较大。从新能源汽车的产业链来看，受益端将主要集中在核心零部件领域。国内车用驱动电机行业现状：电机业中的小行业、但制造门槛高，电机驱动系统还存在较多差距与不足，但国内政策扶持将加快产业步伐。而要提升国内电机水平，就需加强大学及职校对电机的教育，使学生不仅局限于理论，而有更多实操机会以便更加深刻了解不同电机的特性。Matrix有对应的电机产品可供学习，包括硬件以及实时显示运行数据的软件。可以通过软件实时读取转速、扭矩、额定电压和电流、输出功率和效率等数据，还可通过软件计算探索这边数据之间的关系。

套件中包含的电机类型有：永磁测功机（发电机）、并联和串联电机、通用电机（交直流两用电机）、单相异步电动机、感应电动机、三相电机、直流无刷电机、三相发电机等。

适用对象

自动化、电气、机械及汽车相关专业的大学及职校的师生教学，以及汽车公司的技术培训，为教师及培训师提供对呀的教学指导书，为学生配套有实验指导和实验数据记录表。可以直接上手学习，充分利用好珍贵的大学时光和培训时间。

效果预期

通过以上的学习和应用，预期达到以下效果：

1.提高学生的动手能力：学生在指导下进行汽车电子电路的搭建和模拟，如电机控制、充电系统、故障排查等，并通过示波器，电脑软件、MIACNXT控制和分析。学生能够在实验过程中熟悉和掌握各种汽车电子技能，提高实际操作能力，同时提高分析问题的能力。

2.降低培训成本：Matrix Locktronic下的汽车系列产品及相关附件均为模块化结构，可以进行多种组合搭配，并且产品部件可重复使用，维护成本低，有助于降低汽车电子实验教学和培训的成本。

3.达到培养全能型学生及技术人员的目的：使学生从基础力学原理到电路搭建，从硬件连接到软件编程控制，从基础到高级，从简单灯光到复杂充电系统，达到汽车电子全方位功能进行了解和掌握。

一、产品概述

Matrix品牌Locktronic子目录下有汽车系列产品，该系列产品的设计符合IMI、City&Guilds（城市与协会）和BTEC制定的汽车工程课程标准的要求。该系列分为三个级别，基本、中级和高级，非常适合汽车技术人员对电气、电路和电路故障查找有很好的了解，并转向更复杂的解决方案，以了解车辆中的ECU和CAN总线。Locktronics被世界上许多最负盛名的汽车制造商用作简化汽车电气的平台，并得到他们的认可，以满足新手和高级技术人员的需求。

二、实验类型举例

如果将汽车比作人体，汽车的机械结构相当于人的骨骼，动力、转向相当于人的四肢，电子电气架构则相当于人的神经系统和大脑，是汽车实现信息交互和复杂操作的关键。电子电气架构涵盖了车上计算和控制系统的软硬件、传感器、通信网络、电气分配系统等；它通过特定的逻辑和规范将各个子系统有序结合起来，构成实现复杂功能的有机整体。

按照对汽车行驶性能作用的影响划分，可以把汽车电子产品归纳为两类：一类是汽车电子控制装置，汽车电子控制装置要和车上机械系统进行配合使用，即所谓“机电结合”的汽车电子装置；它们包括发动机、底盘、车身电子控制。例如电子燃油喷射系统、制动防抱死控制、防滑控制、牵引力控制、电子控制悬架、电子控制自动变速器、电子动力转向等，另一类是车载汽车电子装置，车载汽车电子装置是在汽车环境下能够独立使用的电子装置，它和汽车本身的性能并无直接关系。它们包括汽车信息系统（行车电脑）、导航系统、汽车音响及电视娱乐系统、车载通信系统、上网设备等。

我们主要针对的是第一类，通过搭建传感器、控制电路及执行器来实现汽车的电子控制，理解汽车的各个功能是如何实现以及控制特点。每个套件都有相应学习目标及实验手册，以汽车应用中的传感与控制套件LK1142为例：

该解决方案介绍了基于我们的MIAC NXT控制器的电子控制单元（ECU）的作用。为学生提供了许多MIAC的预编程序，可以使用键盘和显示器调用这些程序。首先可以使用Locktronics组件搭建模拟电路，然后使用真正的汽车组件，在MIAC控制器周围构建不同的输入-过程-输出电路，仿真实现汽车各电子部件的功能。

该套件的学习目标：

• • ECU结构和功能
• • 灯具和执行机构
• • 晶体管输出
• • 继电器输出
• • 数字输入
• • 模拟输入
• • 开环与闭环
• • 控制直流电机
• • 控制步进电机
• • 故障查找电路设计

还包含57页的实验手册（教学指导）：

下面以该套件中一个实验：汽车节气门阀实验，汽车节气门阀允许控制不同类型的机械装置，是一种使用直流电机PWM驱动蝶阀的的伺服电机。该阀连接到弹簧，当直流电机PWM降至零时，弹簧关闭阀门。

1. 按照右图将MIACNXT控制器、汽车节气门阀以及locktonics电子元器件连接起来。

2.将电源插入MIAC。

3.在MIAC ECU上选择程序17。

4.合上开关以打开系统。

通过调整电位计检查电机速度是否得到控制。

电子节气门是一种伺服电机，增加PWM标记：空间比决定了阀门的打开程度。它有一个回位弹簧，因此当PWM M:S比下降时，阀门关闭。

可拓展实验：将电位计更换为节气门位置传感器来作为输入控制信号，这样您就可以搭建一个完整的油门控制系统。

套件里所以部件均有对应的实验课程可供免费下载学习。

三、常用的实验配置与选型

该系列产品中，基础及中等级别Level 1,2课程及产品包含：汽车电气基础套件LK2240；汽车故障查找套件LK8170；汽车发动机、发电机和充电系统套件LK2410；矩阵直流电机/无刷直流电机对套件HP2001。高级别Level 3课程及产品包含：汽车ECU架构和逻辑LK1800；电池和高压系统LK5281；汽车示波器培训器LK9155；CAN和LIN总线套件LK0235；汽车应用中的传感与控制套件LK1142；汽车执行器和传感器附加套件HP8256；MIACnex控制器MI5550。

电气基础套件LK2240	汽车故障查找套件LK8170	汽车发动机、发电机和充电系统套件LK2410
汽车ECU架构和逻辑LK1800	电池和高压系统LK5281	矩阵直流电机/无刷直流电机对套件HP2001
汽车示波器培训器LK9155	CAN和LIN总线套件LK0235	CAN和LIN总线套件LK0235
汽车执行器和传感器附加套件HP8256	MIAC nxt控制器MI5550

四、适用对象

Matrix子系列Locktronic下的汽车系列产品的目标用户主要是车辆工程以及汽车相关专业的学生以及各大汽车制造商的新手及技术人员，套件配套的课程包含基础、中级、高级，可以让他们更体系的了解汽车电子相关信息。同时提高他们的动手操作就编程能力，提高学生及技术人员对于行业及技术的了解和熟练程度，达到实验教学和培训的要求。

五、功能特点

Matrix子系列Locktronic下的汽车系列产品具有以下功能特点：

1、体系完整且教学资源丰富免费：包含不同等级的套件和学习课程，且教程均可免费在官网获取，可以满足从新手到技术大牛，从基础到中级再到高级的全系列学习和实操。

2、易于识别和学习：所以元器件均有电气标识，易于对电路识别和全局掌控。

3、适合教育及培训：Matrix专注于教育市场，所以硬件软件均搭配完整的教学文件，包含电路图、原理、实验表格、教师注意事项等内容。

4、贴合市场：Locktronic下的汽车系列产品都仿真实际汽车行业运用的电路及传感器等器件，使得学生在真实环境下学习。

5、灵活且坚固：期间小巧且坚固，电路搭建和拆除方便，使用时限长。

6、 安全性：所以期间都有防触电波保护，不会对学生造成任何伤害，确保培训过程的安全性。

7、易于存储：所以元器件都有专门的存储箱配套提供，易于存储保存。

六、效果预期

通过对Matrix子系列Locktronic下的汽车系列产品的学习和应用，预期达到以下效果：

1.提高学生的动手能力：学生在指导下进行汽车电子电路的搭建和模拟，如电机控制、充电系统、故障排查等，并通过示波器，电脑软件、MIACNXT控制和分析。学生能够在实验过程中熟悉和掌握各种汽车电子技能，提高实际操作能力，同时提高分析问题的能力。

2.降低培训成本：Matrix子系列Locktronic下的汽车系列产品及相关附件均为模块化结构，可以进行多种组合搭配，并且产品部件可重复使用，维护成本低，有助于降低汽车电子实验教学和培训的成本。

3.达到培养全能型学生及技术人员的目的：使学生从电路硬件到软件编程控制，从基础到高级，从简单灯光到复杂充电系统，达到汽车电子全方位功能进行了解和掌握。