用更好的方法教科學的產品設計理念-為教育工作者帶來良好的教學過程體驗		萬有引力常數測量實驗引入課堂

科藝儀器自創辦之日起，就致力於將全球先進的教學儀器引入中國，旨在通過教學儀器帶入教學理念，幫助中國學生在國內就可以享有與國外學生同步的學習工具及教材。我們的主要方向包含：

• ● 基礎教學- 基於數據採集技術的數字化實驗系統，科目覆蓋物理、化學、生物、地理等學科
• ● 專業教學- 完整的課程課件教學系統，課程覆蓋光通訊、電工電子、機器人、機電一體化、新能源等專業
• ● 職業教育- 基於工業標準的電工電子、汽車工程、機器人等

實驗方式的創新，有助於提高學生的學習興趣		博源–一個以高品質和價格合理的教學儀器為標誌的品牌

基於在教學儀器行業的多年深耕，2012年，科藝也發起成立了自有的教學儀器品牌Brolight, 致力於打造一個具有高水準的高性價比本土教學產品品牌，並持續輸出海外市場。產品主要包含：

• ● 近代物理- 光電效應、霍爾效應、塞曼效應、電子核質比、核磁共振、熱輻射…
• ● 光電專業- 激光原理、LED特性測試、激光掃描振鏡、iToF/相位光速測量、激光雷達

產品概述

EDU 部門產品包括PASCO傳感器、PASCO生命科學相關實驗附件、Gampt超聲波實驗套件等多種生物醫學相關設備，廣泛中小學生物和高等教育中的醫學相關專業的實驗教學及相關培訓。PASCO傳感器能夠實時採集和處理多種生理信號，如心電圖、血壓、呼吸頻率等，為醫學培訓提供了強有力的支持。Gampt超聲波實驗套件可以對超聲技術的基本物理技術原理及其在醫學、自然科學和工程科學中的應用進行實驗。

實驗類型舉例

EDU產品在醫學培訓中可應用於以下場景：

1. 模擬人體結構：

實驗中利用PASCO實驗附件搭建人體結構模型，並利用PASCO傳感器測量不同結構的靜態或動態受力情況，幫助學生了解人體結構及受理分析。

測量胳膊模型在扔球時肌肉的張力

利用力傳感器測量人腿模型在不同角度支撐時，股四頭肌的力量

測量人體模型在提重物時時，背部所受的力

眼睛模型實驗內容包括：人眼成像原理，近視、遠視、散光的形成原因及校正等

2. 生理參數測量：

通過PASCO傳感器採集的生理信號，學生可以進行各種運動，並檢測生理參數，如心電圖分析、血壓測量等。

測量跳躍時的彈跳力、鍛鍊時的心率變化、行走時腿部彎曲角度和頻率

測量心電圖、測量血壓

3. 醫學模型實驗：

結合Gampt仿真模型及超聲波實驗套件進行的超聲波相關實驗，讓學生了解超聲波成像原理，及基本操作，讓學生在理解理論知識的基礎上，提高解決實際問題的能力。

多普勒血壓測量

介紹B超聲成像原理，通過檢查充滿液體的仿真乳房模型診斷囊腫或惡性腫瘤

妊娠檢查：利用超聲波成像觀測胎兒模型

適用對象

PASCO生命科學相關傳感器和附件及Gampt超聲波實驗產品系列的目標用戶主要是醫學院校學生以及醫學培訓機構的學生。讓他們更好的理解相關醫療知識，掌握現代醫學技術，同時提高他們的動手操作能力，提高診療水平，達到實驗教學和培訓的要求。

功能特點

PASCO傳感器具有以下功能特點：

• ● 傳感器和數據採集：傳感器能夠準確捕捉生理信號，為醫學相關實驗和培訓提供可靠的數據支持。傳感器可實時傳輸數據至電腦或移動設備，便於學生進行實時監測與分析。
• ● 傳感器類型豐富：有多種傳感器可供選擇，包括：溫度、血壓、心電圖、心率、肺活量、關節角度傳感器、氧氣/二氧化碳（進行呼吸相關實驗）、一款傳感器可監測多種生理信號，方便學生進行綜合訓練。
• ● 易於操作與維護：傳感器設計簡潔，操作便捷，維護成本低，適合實驗教學醫學培訓場景。
• ● 靈活性：傳感器小巧，安裝連接非常簡便，多種傳感器可以靈活搭配，同時進行測量，可適應多種不同教學需求，為學生提供豐富的實驗體驗。
• ● 安全性：傳感器採用無創測量技術，不會對學生造成任何傷害，確保培訓過程的安全性。

常用的實驗配置與選型

1. 生理測量傳感器及附件清單：

2. 超聲波相關配置清單：

效果預期

通過PASCO傳感器和Gampt超聲波實驗系統在醫學培訓中的應用，預期達到以下效果：

1. 提高學生的動手能力：學生在指導下進行傳感器操作和模型的搭建和操作，如佩戴、數據採集等，並通過電腦或移動設備查看和分析採集到的生理信號數據並進行相關分析。學生能夠在實驗過程中熟悉和掌握各種醫學技能，提高實際操作能力，同時提高分析問題的能力。
2. 培養學生的大數據思維模式：結合PASCO傳感器採集的真實數據，進行案例分析和討論，有助於培養學生的傳感器和大數據實驗思維模式，更好地適應大數據時代的工作崗位。
3. 降低培訓成本：PASCO傳感器及相關附件均為模塊化結構，可以進行多種組合搭配，並且產品部件可重複使用，維護成本低，有助於降低醫學實驗教學和培訓的成本。
4. 有利於實驗創新：PASCO傳感器既是實驗器材也是測量工具，其具有非常靈活性，通用性的特點，實驗內容不會侷限於現有實驗手冊內容，而是可以通過學生自主設計和搭配，開拓和創新出新的實驗內容。該特點也非常適合學生用來參加各種實驗大賽。

案例分析

以杭州某醫學院為例，該校引入PASCO傳感器進行醫學培訓。在實驗教學中，學生通過傳感器採集到的生理信號數據，進行心電圖分析、血壓測量等操作訓練。同時，結合真實數據進行案例分析和討論，提高了學生解決實際問題的能力。經過一段時間的教學培訓，該校學生的動手操作能力和診斷思維得到了顯著提高。這一成功案例證明了PASCO傳感器在醫學培訓中的重要價值和應用前景。

行業概述

汽車產業是國民經濟的重要支柱產業，產業鏈長、關聯度高、帶動性強，發揮著工業經濟穩增長的“壓艙石”作用。雖然我國汽車產業相比發達國家的汽車產業發展起步較晚，但快速成長的國內市場、相對低廉的生產要素成本，吸引了全球汽車產業資源向我國集聚，以奧迪、寶馬、奔馳為代表的高端品牌紛紛在我國建立製造基地，高端品牌的轉移顯著提高了我國汽車整車和零部件產業的技術實力和製造能力。我國汽車產業正處於由“數量增長”轉為“質量提升”轉型升級階段。

目前市場缺乏全能型技術人才，汽車相關的教育培訓被期望著，而國內教學主要以理論為主，理論教學導致學生們很難發現實操過程中的問題並培養解決問題的思維。同時目前教學實驗多為固定流程實驗，與實際產業中遇到的問題大不相同，實驗內容缺乏創造性影響學生思維。如果教學過程能儘可能實操及模擬真實環境，還可將實驗數據實時生產並對數據進行處理，澤汽車產業的進步將指日可待。

本司產品與汽車相關教育培訓的適配

1.汽車動力學

汽車的動力學基於基礎理論力學，基礎理論力學包括對平均速度和速度；速度和速度圖；功和動能；牛頓定律；摩擦係數；動量與衝量；動量守恆；動量與碰撞；材料與碰撞等的學習和了解。而Pasco是這方面的專家，內置有速度傳感器、加速度傳感器、力傳感器、陀螺儀傳感器的智能小車，外加基礎力學相關附件可以對汽車運動理論進行全方位的瞭解。傳感器還可將試試測量到的數據傳輸到電腦、手機平板上，並通過SPARKvue 或Capstone軟件進行數據分析以驗證各種理論以及獲取不同條件下的運動數據以供分析。除了基礎理論，還有非常多可拓展應用，如在汽車行業，汽車的起始加速度一直作為衡量電機性能的核心指標，通過傳感器與軟件的配合，可以用於研究汽車電機的性能。智能恆速運行也是汽車舒適度的一個關鍵因素，智能小車與軟件結合，可實時瞭解汽車速度並輸出，從而可以探尋各類影響因素，更好的知道改進。

2.車身與風阻

汽車如何減少風阻一直是各大汽車廠商不斷研究的方向，更小的風阻可以帶來更高的定價，而這也是空氣動力學專業學生主要研究的方向。Matrix的風洞產品可以為研究提供幫助，它具有計算機控制不同風速的風扇（可認定為汽車速度）、LED流量可視化、還可實時記錄升力和阻力分量。學生可以設計打印出改進的3D汽車外觀模型，然後學生可以對設計的各類流線型進行驗證以發現更好的改善點來減少汽車風阻。

3.汽車控制系統

汽車製造的核心成本在於汽車電子，而汽車電子的核心為可實現不同功能的汽車控制系統，最終汽車控制系統加上機械結構，整合成完整汽車。汽車控制系統主要包括三部分，分別是電子控制單元（包括軟件部分）、傳感器和執行器。三個部分共同工作：汽車在運行時，各傳感器不斷檢測汽車運行的工況信息，並將這些信息實時地通過輸入接口傳送給ECU。ECU接收到這些信息時，根據內部預先編寫好的控制程序，進行相應的決策和處理，並通過其輸出接口輸出控制信號給相應的執行器，執行器接受到控制信號後，執行相應的動作，實現某種預定的功能。

汽車電子控制系統可以分為以下四個部分:

1)發動機和動力傳動集中控制系統：包括髮動機集中控制系統,自動化變速控制系統,制動防抱死和牽引力控制系統等；

2)底盤綜合控制和安全系統：包括車輛穩定控制系統,主動式車身姿態控制系統,巡航控制系統,防撞預警系統,駕駛員智能支持系統等；

3)智能車身電子系統：自動調節座椅系統,智能前燈系統,汽車夜視系統,電子門鎖與防盜系統等；

4)通訊與信息/娛樂系統：包括智能汽車導航系統,語音識別系統,"ON STAR"系統(具有自動呼救與查詢等功能),汽車維修數據傳輸系統,汽車音響系統,實時交通信息諮詢系統,動態車輛跟蹤與管理系統,信息化服務系統(含網絡等)等。

汽車控制系統的組成部分：電子控制單元（包括軟件部分）、傳感器和執行器，Matrix均有配套學習產品。電子控制單元對應有MIAC NXT，MIAC NXT是一種教育電子控制單元，專門用於教授汽車類專業學生如何使用ECU控制車輛中的電子系統。ECU內本身內置了汽車控制相關程序，除此之外，學生們還可以使用本司的flowcode圖形化編程軟件，進行特定編程並下載到MIAC NXT中，再結合外部電路（包括連接電路、傳感器、執行器），實現特定功能。配套的Matrix附件也有相應的方便搭建和拆卸的電路模塊、傳感器及執行器（包含汽車傳感器和執行器），可以快速搭建出電路並瞭解控制原理和電路特點。如下圖所示：

具體可參考：EDU產品在汽車電子中的應用之Matrix篇。

4.新能源汽車

新能源汽車是全球汽車產業轉型升級、綠色發展的主要方向，也是我國汽車產業高質量發展的戰略選擇。如今新能源車勢頭最猛的是電車，而學習瞭解電車必不可少的就是對電池和充電技術的學習掌握，Matrix有對應的電池和高壓系統套件可供學習，該套件包括許多小型鉛酸和鋰離子電池，可用於形成具有不同電壓和電流能力的各種電池。學生圍繞這些電池構建電路，並瞭解現代電動汽車中使用的電池電路，包括充電系統、升壓轉換器和降壓轉換器、電池管理系統。學生構建不同電壓和電流的電池，測量和表徵電池性能，並測試電池。包括各種故障部件，以便學生了解蓄電池系統中的故障查找。也可瞭解負載對於輸出電壓的影響、放電對於輸出電壓的影響、不同類型電池的特性（包括鉛酸蓄電池、鋰電池、S電池）、電池並聯串聯特性變化、電壓轉換器特性、電池驅動各類電機時的電機轉動特性。

具體可參考：EDU產品在汽車電子中的應用之Matrix篇。

5.電機

我國車用電機在全球資源條件下具有明顯的比較優勢，發展潛力較大。從新能源汽車的產業鏈來看，受益端將主要集中在核心零部件領域。國內車用驅動電機行業現狀：電機業中的小行業、但製造門檻高，電機驅動系統還存在較多差距與不足，但國內政策扶持將加快產業步伐。而要提升國內電機水平，就需加強大學及職校對電機的教育，使學生不僅侷限於理論，而有更多實操機會以便更加深刻了解不同電機的特性。Matrix有對應的電機產品可供學習，包括硬件以及實時顯示運行數據的軟件。可以通過軟件實時讀取轉速、扭矩、額定電壓和電流、輸出功率和效率等數據，還可通過軟件計算探索這邊數據之間的關係。

套件中包含的電機類型有：永磁測功機（發電機）、並聯和串聯電機、通用電機（交直流兩用電機）、單相異步電動機、感應電動機、三相電機、直流無刷電機、三相發電機等。

適用對象

自動化、電氣、機械及汽車相關專業的大學及職校的師生教學，以及汽車公司的技術培訓，為教師及培訓師提供對呀的教學指導書，為學生配套有實驗指導和實驗數據記錄表。可以直接上手學習，充分利用好珍貴的大學時光和培訓時間。

效果預期

通過以上的學習和應用，預期達到以下效果：

1.提高學生的動手能力：學生在指導下進行汽車電子電路的搭建和模擬，如電機控制、充電系統、故障排查等，並通過示波器，電腦軟件、MIACNXT控制和分析。學生能夠在實驗過程中熟悉和掌握各種汽車電子技能，提高實際操作能力，同時提高分析問題的能力。

2.降低培訓成本：Matrix Locktronic下的汽車系列產品及相關附件均為模塊化結構，可以進行多種組合搭配，並且產品部件可重複使用，維護成本低，有助於降低汽車電子實驗教學和培訓的成本。

3.達到培養全能型學生及技術人員的目的：使學生從基礎力學原理到電路搭建，從硬件連接到軟件編程控制，從基礎到高級，從簡單燈光到複雜充電系統，達到汽車電子全方位功能進行了解和掌握。

一、產品概述

Matrix品牌Locktronic子目錄下有汽車系列產品，該系列產品的設計符合IMI、City&Guilds（城市與協會）和BTEC制定的汽車工程課程標準的要求。該系列分為三個級別，基本、中級和高級，非常適合汽車技術人員對電氣、電路和電路故障查找有很好的瞭解，並轉向更復雜的解決方案，以瞭解車輛中的ECU和CAN總線。Locktronics被世界上許多最負盛名的汽車製造商用作簡化汽車電氣的平臺，並得到他們的認可，以滿足新手和高級技術人員的需求。

二、實驗類型舉例

如果將汽車比作人體，汽車的機械結構相當於人的骨骼，動力、轉向相當於人的四肢，電子電氣架構則相當於人的神經系統和大腦，是汽車實現信息交互和複雜操作的關鍵。電子電氣架構涵蓋了車上計算和控制系統的軟硬件、傳感器、通信網絡、電氣分配系統等；它通過特定的邏輯和規範將各個子系統有序結合起來，構成實現複雜功能的有機整體。

按照對汽車行駛性能作用的影響劃分，可以把汽車電子產品歸納為兩類：一類是汽車電子控制裝置，汽車電子控制裝置要和車上機械系統進行配合使用，即所謂“機電結合”的汽車電子裝置；它們包括髮動機、底盤、車身電子控制。例如電子燃油噴射系統、制動防抱死控制、防滑控制、牽引力控制、電子控制懸架、電子控制自動變速器、電子動力轉向等，另一類是車載汽車電子裝置，車載汽車電子裝置是在汽車環境下能夠獨立使用的電子裝置，它和汽車本身的性能並無直接關係。它們包括汽車信息系統（行車電腦）、導航系統、汽車音響及電視娛樂系統、車載通信系統、上網設備等。

我們主要針對的是第一類，通過搭建傳感器、控制電路及執行器來實現汽車的電子控制，理解汽車的各個功能是如何實現以及控制特點。每個套件都有相應學習目標及實驗手冊，以汽車應用中的傳感與控制套件LK1142為例：

該解決方案介紹了基於我們的MIAC NXT控制器的電子控制單元（ECU）的作用。為學生提供了許多MIAC的預編程序，可以使用鍵盤和顯示器調用這些程序。首先可以使用Locktronics組件搭建模擬電路，然後使用真正的汽車組件，在MIAC控制器周圍構建不同的輸入-過程-輸出電路，仿真實現汽車各電子部件的功能。

該套件的學習目標：

• • ECU結構和功能
• • 燈具和執行機構
• • 晶體管輸出
• • 繼電器輸出
• • 數字輸入
• • 模擬輸入
• • 開環與閉環
• • 控制直流電機
• • 控制步進電機
• • 故障查找電路設計

還包含57頁的實驗手冊（教學指導）：

下面以該套件中一個實驗：汽車節氣門閥實驗，汽車節氣門閥允許控制不同類型的機械裝置，是一種使用直流電機PWM驅動蝶閥的的伺服電機。該閥連接到彈簧，當直流電機PWM降至零時，彈簧關閉閥門。

1. 按照右圖將MIACNXT控制器、汽車節氣門閥以及locktonics電子元器件連接起來。

2.將電源插入MIAC。

3.在MIAC ECU上選擇程序17。

4.合上開關以打開系統。

通過調整電位計檢查電機速度是否得到控制。

電子節氣門是一種伺服電機，增加PWM標記：空間比決定了閥門的打開程度。它有一個回位彈簧，因此當PWM M:S比下降時，閥門關閉。

可拓展實驗：將電位計更換為節氣門位置傳感器來作為輸入控制信號，這樣您就可以搭建一個完整的油門控制系統。

套件裡所以部件均有對應的實驗課程可供免費下載學習。

三、常用的實驗配置與選型

該系列產品中，基礎及中等級別Level 1,2課程及產品包含：汽車電氣基礎套件LK2240；汽車故障查找套件LK8170；汽車發動機、發電機和充電系統套件LK2410；矩陣直流電機/無刷直流電機對套件HP2001。高級別Level 3課程及產品包含：汽車ECU架構和邏輯LK1800；電池和高壓系統LK5281；汽車示波器培訓器LK9155；CAN和LIN總線套件LK0235；汽車應用中的傳感與控制套件LK1142；汽車執行器和傳感器附加套件HP8256；MIACnex控制器MI5550。

電氣基礎套件LK2240	汽車故障查找套件LK8170	汽車發動機、發電機和充電系統套件LK2410
汽車ECU架構和邏輯LK1800	電池和高壓系統LK5281	矩陣直流電機/無刷直流電機對套件HP2001
汽車示波器培訓器LK9155	CAN和LIN總線套件LK0235	CAN和LIN總線套件LK0235
汽車執行器和傳感器附加套件HP8256	MIAC nxt控制器MI5550

四、適用對象

Matrix子系列Locktronic下的汽車系列產品的目標用戶主要是車輛工程以及汽車相關專業的學生以及各大汽車製造商的新手及技術人員，套件配套的課程包含基礎、中級、高級，可以讓他們更體系的瞭解汽車電子相關信息。同時提高他們的動手操作就編程能力，提高學生及技術人員對於行業及技術的瞭解和熟練程度，達到實驗教學和培訓的要求。

五、功能特點

Matrix子系列Locktronic下的汽車系列產品具有以下功能特點：

1、體系完整且教學資源豐富免費：包含不同等級的套件和學習課程，且教程均可免費在官網獲取，可以滿足從新手到技術大牛，從基礎到中級再到高級的全系列學習和實操。

2、易於識別和學習：所以元器件均有電氣標識，易於對電路識別和全局掌控。

3、適合教育及培訓：Matrix專注於教育市場，所以硬件軟件均搭配完整的教學文件，包含電路圖、原理、實驗表格、教師注意事項等內容。

4、貼合市場：Locktronic下的汽車系列產品都仿真實際汽車行業運用的電路及傳感器等器件，使得學生在真實環境下學習。

5、靈活且堅固：期間小巧且堅固，電路搭建和拆除方便，使用時限長。

6、 安全性：所以期間都有防觸電波保護，不會對學生造成任何傷害，確保培訓過程的安全性。

7、易於存儲：所以元器件都有專門的存儲箱配套提供，易於存儲保存。

六、效果預期

通過對Matrix子系列Locktronic下的汽車系列產品的學習和應用，預期達到以下效果：

1.提高學生的動手能力：學生在指導下進行汽車電子電路的搭建和模擬，如電機控制、充電系統、故障排查等，並通過示波器，電腦軟件、MIACNXT控制和分析。學生能夠在實驗過程中熟悉和掌握各種汽車電子技能，提高實際操作能力，同時提高分析問題的能力。

2.降低培訓成本：Matrix子系列Locktronic下的汽車系列產品及相關附件均為模塊化結構，可以進行多種組合搭配，並且產品部件可重複使用，維護成本低，有助於降低汽車電子實驗教學和培訓的成本。

3.達到培養全能型學生及技術人員的目的：使學生從電路硬件到軟件編程控制，從基礎到高級，從簡單燈光到複雜充電系統，達到汽車電子全方位功能進行了解和掌握。