一种提高化学实验体验的化学实验装置及方法与流程

1.本发明属于化学实验技术领域，具体涉及一种提高化学实验体验的化学实验装置及方法。


背景技术：

2.化学是一门以实验为基础的科学，而化学实验在化学教学中占有十分重要的地位，通过化学实验，可以帮助实验者形成化学概念，理解和掌握化学知识，正确地掌握实验的基本方法和基本技能，化学实验对培养实验者的观察、思维、独立操作等能力，培养理论联系实际的学风和实事求是、严肃认真的科学态度以及探讨问题的科学方法都有重要的意义。但是在实际的化学实验教学中，有些实验因为场地、器材和设备等资源的不足而不能进行，也有一些实验因其危险性、破坏性和环境危害性不能进行，或者因为时空限制而在现实世界中无法观察和控制到变化太快或太慢的化学反应现象。
3.目前，虽然可以通过虚拟仿真等技术方法去模拟化学现象，从而解决上述化学实验问题，进而帮助实验者理解和学习化学实验的知识，但是虚拟实验不能满足实验者的动手需求，忽略了对实验者实践能力的培养。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，提供一种提高化学实验体验的化学实验装置及方法，用于通过实验者的操作行为模拟化学实验反应现象，本发明采用了如下技术方案：
5.本发明提供了一种提高化学实验体验的化学实验装置，其特征在于，包括：多个智能试剂瓶，具有试剂瓶本体、用于检测实验者拿取的化学品的种类和用量的行为检测传感器组件、与试剂瓶本体电连接的试剂瓶控制模块以及与试剂瓶本体相配套的化学物品运载工具；智能烧杯，用于显示虚拟的化学实验反应现象，具有烧杯本体以及显示设备；以及可视化控制器，与试剂瓶控制模块和显示设备通信连接；其中，试剂瓶控制模块用于将行为检测传感器的检测结果发送给可视化控制器，该可视化控制器基于检测结果生成化学实验反应现象的图像或视频并发送给显示设备进行显示。
6.本发明提供的提高化学实验体验的化学实验装置，还可以具有这样的特征，其中，行为检测传感器具有光线传感器以及压力传感器，光线传感器设置在试剂瓶本体内，用于检测实验者拿取的化学品的种类，压力传感器设置在化学物品运载工具上，用于检测实验者拿取的化学品的用量。
7.本发明提供的提高化学实验体验的化学实验装置，还可以具有这样的特征，其中，试剂瓶控制模块具有arduino控制板以及apc220无线通信单元，光线传感器和压力传感器分别通过串口通信的方式与arduino控制板连接，arduino控制板通过apc220无线通信单元与可视化控制器通信连接。
8.本发明提供的提高化学实验体验的化学实验装置，还可以具有这样的特征，其中，显示设备为手机或设置在智能烧杯上的显示器。
9.本发明提供的提高化学实验体验的化学实验装置，还可以具有这样的特征，其中，试剂瓶为滴瓶，化学物品运载工具为滴管。
10.本发明提供的提高化学实验体验的化学实验装置，还可以具有这样的特征，其中，试剂瓶为广口瓶，化学物品运载工具为镊子。
11.本发明提供的提高化学实验体验的化学实验装置，还可以具有这样的特征，其中，压力传感器为dfrobot电阻式压力传感器，光线传感器为dfrobot模拟环境光线传感器。
12.本发明提供了一种提高化学实验体验的化学实验方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1，通过智能试剂瓶采集实验者拿取的化学品的种类和用量，并将采集到的结果发送至可视化控制器中；步骤s2，基于步骤s1采集到的结果，可视化控制器生成对应的虚拟化学实验反应现象的图像或视频，并将图像或视频发送至智能烧杯中；步骤s3，基于步骤s2生成的图像或视频，智能烧杯将接收到图像或视频进行显示。
13.本发明提供的提高化学实验体验的化学实验方法，还可以具有这样的特征，其中，步骤s1包括以下子步骤：步骤s1
‑
1，通过行为检测传感器采集实验者拿取的化学品的种类和用量，并将采集到的结果发送至试剂瓶控制模块中；步骤s1
‑
2，试剂瓶控制模块将接收到的化学品的种类和用量发送至可视化控制器中。
14.发明作用与效果
15.根据本发明的一种提高化学实验体验的化学实验装置，包括智能试剂瓶、可视化开发平台以及智能烧杯，通过智能试剂瓶采集实验者拿取的化学品的种类和用量，在智能烧杯上予以显示相对应的虚拟化学实验反应现象的图像或视频，该实验装置能够满足实验者动手进行化学实验的需求。同时，根据本发明的提高化学实验体验的化学实验方法，通过采集到的化学品的种类和用量，可视化控制器生成虚拟的化学实验反应现象的图像，并由智能烧杯对其进行显示，这一过程便于实验者直接观察化学实验反应现象，即提高了实验者对于化学实验的认知，又提高了实验者对于化学实验的体验。
附图说明
16.图1是本发明实施例中提高化学实验体验的化学实验装置的结构框图；
17.图2是本发明实施例中提高化学实验体验的化学实验方法的流程示意图。
具体实施方式
18.以下结合附图以及实施例来说明本发明的具体实施方式。
19.<实施例>
20.本实施例提供一种提高化学实验体验的化学实验装置，用于通过实验者拿取的化学品的种类和用量模拟相对应的化学实验反应现象。
21.图1是本发明实施例中提高化学实验体验的化学实验装置的结构框图。
22.如图1所示，提高化学实验体验的化学实验装置包括多个智能试剂瓶、可视化开发平台和智能烧杯。
23.多个智能试剂瓶，具有用于装载化学物品的试剂瓶本体、用于检测实验者拿取的化学品的种类和用量的行为检测传感器组件、与试剂瓶本体电连接的试剂瓶控制模块以及与试剂瓶本体相配套的化学物品运载工具。
24.试剂瓶本体可以为滴瓶，此时化学物品运载工具为滴管。
25.试剂瓶本体也可以为广口瓶，此时化学物品运载工具为镊子。
26.行为检测传感器具有光线传感器以及压力传感器。其中，光线传感器设置在试剂瓶本体内，用于检测实验者拿取的化学品的种类，压力传感器设置在化学物品运载工具上，用于检测实验者拿取的化学品的用量。
27.压力传感器为dfrobot电阻式压力传感器，光线传感器为dfrobot模拟环境光线传感器。
28.在本实施例中，光线传感器以及压力传感器检测实验者拿取的化学品的种类和用量的具体实施过程如下：一方面通过将光线传感器安装于试剂瓶本体内，当实验者需要使用该试剂瓶本体装载的化学物品时，需要先打开该试剂瓶本体的盖子，盖子被打开后，试剂瓶本体内的光线强度会发生变化，此时，光线传感器就能够感应到，因此，光线传感器的作用为检测实验者使用了哪些化学物品。另一方面通过将压力传感器安装于化学物品运载工具上，由于使用化学物品运载工具运载化学物品时，化学物品运载工具会接收到实验者的作用力，才能够实现化学物品实现运载，而运载不同重量的化学物品需要不同的作用力，因此，通过设置压力传感器与化学物品运载工具上，能够检测出化学物品的用量是多少。
29.当试剂瓶本体为滴瓶，化学物品运载工具为滴管时，通过在滴瓶内安装光线传感器，在滴管的挤压头上安装压力传感器，当实验者需要使用滴瓶内的化学物品时，先打开滴瓶的盖子，这时光线传感器感应到光线的变化，检测出该滴瓶的化学物品正在被实验者使用，当通过滴管吸起滴瓶内的化学物品时，实验者需要对滴管的挤压头进行挤压，这时，能够通过压力传感器检测出压力为多少，并通过压力检测到化学物品的用量是多少。
30.试剂瓶控制模块具有arduino控制板以及apc220无线通信单元。
31.光线传感器和压力传感器分别通过串口通信的方式与arduino控制板连接。
32.arduino控制板通过apc220无线通信单元与可视化控制器实现wifi通信连接。
33.智能烧杯，用于显示虚拟的化学实验反应现象，具有烧杯本体以及显示设备，且该显示设备可以为手机。
34.可视化控制器，与试剂瓶控制模块和显示设备通信连接。
35.试剂瓶控制模块用于将行为检测传感器的检测结果发送给可视化控制器，该可视化控制器基于检测结果生成化学实验反应现象的图像或视频并发送给显示设备进行显示。
36.具体实现过程如下：在多个智能试剂瓶中装载有不同的化学物品的前提下，当有实验者进行实验时，通过行为检测传感器能够检测到使用了哪些化学物品和使用化学物品的用量是多少，然后将这些数据发送至试剂瓶控制模块中，再通过试剂瓶控制模块发送至可视化控制器中，可视化控制器依据使用的化学用品种类和用量，生成相对应的虚拟的化学实验反应现象的图像或视频，并将该图像和视频发送至智能烧杯中的显示设备中进行显示。
37.基于上述的提高化学实验体验的化学实验装置，本实施例提供一种提高化学实验体验的化学实验方法。
38.图2是本发明实施例中提高化学实验体验的化学实验方法的流程示意图。
39.如图2所示，提高化学实验体验的化学实验方法，包括以下步骤：
40.步骤s1，通过智能试剂瓶采集实验者拿取的化学品的种类和用量，并将采集到的
结果发送至可视化控制器中。
41.其中，步骤s1包括以下子步骤：
42.步骤s1
‑
1，通过行为检测传感器采集实验者拿取的化学品的种类和用量，并将采集到的结果发送至试剂瓶控制模块中；
43.步骤s1
‑
2，试剂瓶控制模块将接收到的化学品的种类和用量发送至可视化控制器中。
44.步骤s2，基于步骤s1采集到的结果，可视化控制器生成对应的虚拟化学实验反应现象的图像或视频，并将图像或视频发送至智能烧杯中。
45.步骤s3，基于步骤s2生成的图像或视频，智能烧杯将接收到图像或视频进行显示。
46.实施例作用与效果
47.根据本实施例的一种提高化学实验体验的化学实验装置，包括智能试剂瓶、可视化开发平台以及智能烧杯，通过智能试剂瓶采集实验者拿取的化学品的种类和用量，在智能烧杯上予以显示相对应的虚拟化学实验反应现象的图像或视频。这一过程能够满足实验者动手进行化学实验的需求。
48.此外，根据本实施例的一种提高化学实验体验的化学实验方法，通过采集到的化学品的种类和用量，由可视化控制器生成虚拟的化学实验反应现象的图像，并再由智能烧杯对其进行显示，这一过程便于实验者直接观察化学实验反应现象，即提高了实验者对于化学实验的认知，又提高了实验者对于化学实验的体验。
49.上述实施例仅用于举例说明本发明的具体实施方式，而本发明不限于上述实施例的描述范围。
50.本实施例中的试剂瓶本体采用了滴瓶和广口瓶，化学物品运载工具采用了滴管和镊子，在其他实施例中，试剂瓶本体以及相配套的化学物品运载工具采用其他的形式，也能实现本发明采集实验者拿取化学品种类和数量的目的。
51.本实施例中的智能试剂瓶中的压力传感器以及光线传感器分别采用的是dfrobot电阻式压力传感器以及光线传感器为dfrobot模拟环境光线传感器，在其他实施例中，采用其他的可感知压力变化和光线变化的传感器，也能实现本发明的目的。
52.本实施例中的智能烧杯的显示设备采用的是手机进行显示生成的虚拟化学实验反应现象的图像和视频，在其他实施例中，采用具有显示功能的其他的显示设备，也能实现本发明的目的。