1.本发明涉及一种化学实验培训系统，尤其涉及一种化学模拟实验场景，开放互动安全的化学教学培训系统。
背景技术：
2.随着社会经济的快速发展，电子设备，计算机的发展突飞猛进，这就为化学实验培训工作提供了更好的方式方法。现有的大学化学实验课程还是培训导师在实验室里进行讲解，培训导师在黑板上手工画出表格以及参数进行讲解，然后再拿着实验设备进行操作讲解，这种方式讲解的效率低，部分学生接受度较差，也容易忽略培训导师讲解的内容，学习效率不高，此外导师也不容易掌握学生的实验及学习情况。更重要的是现有的化学有机实验常常含有有害物质，有的化学物容易挥发且无色无味，容易对人体造成伤害，甚至致癌。这就亟需提供一种安全的化学实验培训系统。
技术实现要素：
3.本发明提供了一种化学实验培训系统1，该系统包括服务器10，本地终端系统11；所述服务器10用于存储化学电子教材，实验数据，图库；所述本地终端系统11包括化学实验工作台14，主计算机13，电子白板12，电子笔15，多个摄像头；所述化学实验工作台14上设置有实验计算机装置21，输入端22，显示台面23，输入区24，实验区25，仪器收纳柜26；所述主计算机13与所述电子白板12、实验计算机装置21、服务器10进行连接；所述主计算机13将所述化学实验需要的教材相关数据以及实验过程数据存储在所述服务器10中；所述主计算机13、电子白板12放置在实验室前面供培训导师教学使用；所述化学实验工作台14包括操作台面和显示台面23；所述显示台面23从左到右设置有显示屏231、显示屏232、显示屏233；所述操作台面从左到右设置有操作区27、输入区24、实验区25；所述操作区27设置有实验计算机装置21，输入端22；所述输入区24设置有输入屏241、导轨242；所述实验区25包括活板28；所述活板28可以抽拉以便于从收纳柜263中拿出实验设备；所述活板上设有抽风区282、试管存放区281、传感器阵列283；所述活板28下方设置有抽风设备，所述抽风设备通过管道将抽取的空气排出室外或废气处理器室；所述试管存放区用于存放试管设备；所述传感器阵列用于检测有害气体；所述传感器阵列集成有不同功能的传感器；包括苯传感器、硫化氢传感器、甲醛传感器、氯气传感器、一氧化氮传感器；所述传感器阵列设置在实验区中远离试管存放区的边缘部位；
所述传感器阵列与传感数据处理装置连接，用于检测有害气体的浓度；当任一有害气体浓度超过阈值时，则根据有害气体浓度大小产生报警等级信息；所述传感数据处理装置将所述报警等级信息发送给所述实验计算机装置，所述实验计算机装置根据所述报警等级信息将所述抽风设备调整为对应的抽风功率；当所述有害气体浓度下降且低于所述阈值时，所述传感数据处理装置向所述实验计算机装置发送恢复正常信息，所述实验计算机装置调整所述抽风设备到常规抽风功率进行抽风；所述有害气体阈值根据国标进行设置；所述常规抽风功率，根据抽风设备的功率大小，空间大小以及实验室内设置的实验台数量进行实验，选择合适的抽风功率进行设定；所述实验计算机装置还用于控制抽风设备进行抽风；当开始实验时，所述实验计算机装置将抽风设备调整为常规抽风功率；当所述实验计算机装置接收到有害气体超标的报警等级信息时，根据所述报警等级信息将所述抽风设备调整为对应的抽风功率；所述实验计算机装置21通信连接输入端22，输入屏241，显示屏231，显示屏232，显示屏233，主计算机13；所述主计算机13能够将待处理的表格显示在电子白板12上，同时能够接受电子白板12输入的内容并将其填入表格中；所述主计算机13能够与实验计算机装置21连接，以控制实验计算机装置21的操作，所述控制实验计算机装置21的操作包括夺取所述实验计算机装置21的控制权；所述实验计算机装置21为多个；所述主计算机13可以切换控制任一实验计算机装置21；所述主计算机13装置包括教学模块、演示模块、跟随实验模块、模拟实验模块、监控模块、评分模块；所述教学模块用于显示实验教材，创建实验数据表格，显示分数；实验培训导师可以使用所述主计算机教学模块打开实验教材，创建实验数据表格，将所述实验数据表格显示在电子白板12上，实验培训导师可以使用电子笔15在所述电子白板12上进行书写，所述电子白板12检测所述电子笔15书写内容并将所述书写内容转发给所述主计算机13，所述主计算机13将所述内容填入所述实验数据表格内，并在所述电子白板12上更新显示；同时实验培训导师可以调取学生的历次考试成绩及实验成绩，根据历次考试成绩及实验成绩提问学生，及时检验培训效果；所述演示模块用于向学生推送演示实验，在培训导师需要进行演示时，将所述演示实验动画发送到所述实验计算机装置21，所述实验计算机装置将所述动画显示在显示屏231中；所述跟随实验模块用于学生进行跟随实验，在培训导师讲解完实验后，调用所述跟随实验模块，将所述跟随实验程序包发送到所述实验计算机装置21，所述实验计算机装置21解压所述实验程序包，将所述跟随实验动画发送到所述显示屏232，将所述控制配置文件发送到所述输入屏241；所述输入屏241根据所述控制配置文件配置所述输入屏241，建立所述输入屏241与所述显示屏231的输入控制连接关系；所述模拟实验模块用于学生模拟实验，所述主计算机13将所述模拟实验程序包发送到所述实验计算机装置21，所述实验计算机装置21解压所述模拟实验程序包配置所述实验计算机装置21，使所述实验计算机装置21控制所述显示屏231和显示屏233，将所述模拟
实验器材选择内容投射到显示屏233，实验过程内容投射到显示屏231上进行显示；配置所述输入端22用于实验的控制输入；在实验时，学生可以使用已经配置好的所述输入屏241与显示屏232进行跟随视频播放；使用所述输入端22控制所述实验计算机装置21进行模拟实验，从显示屏233上选取实验器材，在显示屏231上组建实验，显示实验过程内容；学生能够同时跟随显示屏232的所述跟随实验动画模拟实验；所述监控模块，监控所述实验计算机装置21，记录学生操作实验的时间段以及实验错误操作信息；在所述实验计算机装置21中设置协同监控模块，所述协同监控模块用于检测所述实验计算机装置21的实验操作时间、实验错误操作次数及步骤；所述协同监控模块监控内容与数据存储格式与所述监控模块相同，所述监控模块仅通过向所述协同监控模块获取相关监控信息即可；评分模块，用于根据所述监控模块获取的监控信息，给每个学生或每组学生进行能力评估和分数评估；所述能力评估用于实验导师根据学生的不同情况进行教学，所述分数评估作为课程结业的参考。
4.所述电子白板12，其两边表面下方设置有竖条状钕磁铁121，与电子笔15配合用于方便放置电子笔15；竖条状钕磁铁121设置在白板下面一层；所述电子白板12面板分为四层，第一层为毛玻璃层1201，其表面为毛玻璃状，第二层为磁感应层1202；第三层为背光显示层1203，用于显示书写内容及背光显示；第四层为基层1204；所述基层上开有槽，槽内放置有竖条状钕磁铁薄片；所述电子笔15包括微型摄像头151、磁头152、钕磁铁153、挂钩154、开关155、加速度计156，所述磁头152设置在电子笔15的笔尖位置，与电子白板12配合书写，所述微型摄像头151设置在电子笔15的对称两侧，与笔尖方向平行方便所述微型摄像头151采集图像数据而不会发生遮挡，进一步的在电子笔15的四个侧面上均设上所述微型摄像头151；所述钕磁铁153设置在所述电子笔15挂钩的两侧，便于与电子白板12上的所述竖条状钕磁铁121配合使用，当所述电子笔15不使用时，将所述电子笔15吸附在所述电子白板12的一侧；所述电子笔15两边设置有钕磁铁位置的表面设置为平面状以便于吸附牢靠；所述加速度计156设置在所述电子笔15内靠近开关的位置，在甩动笔时能够更容易精确检测甩动信号；所述挂钩154方便培训导师挂在衣服上；所述开关155用于在不使用所述电子笔15进行关闭，使用时开启所述电子笔15；所述电子笔15能够通过微型摄像头151采集环境中的图片，发送给所述主计算机13，所述主计算机13从所述图片中识别主要颜色成分，如果所采集的图片中第一主要颜色为绿色，第二主要色为红色，所述电子笔15在白板上进行书写时所述主计算机13控制电子白板12首先显示绿色，如果需要切换到红色，培训导师可以作出甩笔动作，再进行书写则变成红色，如果想从红色切换到绿色，同样通过甩笔动作进行切换。
5.有益效果：本发明通过建立化学实验台，集成主计算机及电子白板，实验计算机装置，设置演示模块、模拟实验模块，跟随实验模块等功能，方便学生跟随实验提高学生的学习效率也方便培训导师掌握不同学生的情况，根据不同学生的情况进行化学实验教学，此外通过多做模拟实验少做化学实验，设置传感器阵列及抽风装置及时排出有害气体确保了实验的安全性；还改进了电子白板面板的结构使得能够使用粉笔及电子笔皆可以书写，还
便于放置电子笔。
附图说明
6.图1为化学实验培训系统图2a为化学实验工作台图2b为实验区原理图图2c为试管设备图3为输入屏卡接原理图图4为导轨卡接原理图图5为电子白板原理图图6为电子白板面板原理图图7为电子笔原理图。
具体实施方式
7.如图1所示为本发明提供的一种化学实验培训系统1，该系统包括服务器10，本地终端系统11；所述服务器10用于存储化学电子教材，实验数据，图库；所述本地终端系统11包括化学实验工作台14，主计算机13，电子白板12，电子笔15，多个摄像头（未示出）；所述化学实验工作台14上设置有实验计算机装置21，输入端22，显示台面23，输入区24，实验区25，仪器收纳柜26；所述主计算机13与所述电子白板12、实验计算机装置21、服务器10进行连接；所述主计算机13将所述化学实验需要的教材相关数据以及实验过程数据存储在所述服务器10中；所述主计算机13、电子白板12放置在实验室前面供培训导师教学使用；如图2a所示所述化学实验工作台14包括操作台面和显示台面23；所述显示台面23从左到右设置有显示屏231、显示屏232、显示屏233；所述操作台面从左到右设置有操作区27、输入区24、实验区25；所述操作区27设置有实验计算机装置21，输入端22；所述输入区24设置有输入屏241、导轨242；所述实验区25包括活板28；所述活板28可以抽拉以便于从收纳柜263中拿出实验设备；如图2b所示所述活板上设有抽风区282、试管存放区281、传感器阵列283；所述活板28下方设置有抽风设备（未示出），所述抽风设备通过管道将抽取的空气排出室外或废气处理器室；对于一般的学校实验室一般实验产生的气体危害性不是特别大，且在大自然中能够容易降解则直接排出室外即可；如图2c所示，所述试管存放区用于存放试管设备；所述传感器阵列用于检测有害气体；所述传感器阵列集成有不同功能的传感器；包括苯传感器、硫化氢传感器、甲醛传感器、氯气传感器、一氧化氮传感器；所述传感器阵列设置在实验区中远离试管存放区的边缘部位，因为该部位离学生
的距离较近，如有有害气体对学生影响较大；所述传感器阵列与传感数据处理装置连接，用于检测有害气体的浓度；当任一有害气体浓度超过阈值时，则根据有害气体浓度大小产生报警等级信息；所述传感数据处理装置将所述报警等级信息发送给所述实验计算机装置，所述实验计算机装置根据所述报警等级信息将所述抽风设备调整为对应的抽风功率；当所述有害气体浓度下降且低于所述阈值时，所述传感数据处理装置向所述实验计算机装置发送恢复正常信息，所述实验计算机装置调整所述抽风设备到常规抽风功率进行抽风；进一步的所述有害气体阈值，可以根据国标进行设置；所述常规抽风功率，可以根据抽风设备的功率大小，空间大小以及实验室内设置的实验台数量进行实验，选择合适的抽风功率进行设定；所述实验计算机装置还用于控制抽风设备进行抽风；当开始实验时，所述实验计算机装置将抽风设备调整为常规抽风功率；当所述实验计算机装置接收到有害气体超标的报警等级信息时，根据所述报警等级信息将所述抽风设备调整为对应的抽风功率。
8.如图3所示，所述输入屏241上设置有卡槽243，所述卡槽的边缘向内包裹用于卡接在导轨242上不易脱落；所述输入区24上设置有凹槽244，所述凹槽244内设置有导轨242；如图4所述导轨的末端设置有菱形卡头245，所述导轨242的菱形卡头245可拆卸的卡接在凹槽244内；当需要更换输入屏24时，只需要将所述输入屏24往外拔即可，方便更换输入屏；所述实验计算机装置21通信连接输入端22，输入屏241，显示屏231，显示屏232，显示屏233，主计算机13；所述主计算机13能够将待处理的表格显示在电子白板12上，同时能够接受电子白板12输入的内容并将其填入表格中；所述主计算机13能够与实验计算机装置21连接，以控制实验计算机装置21的操作，所述控制实验计算机装置21的操作包括夺取所述实验计算机装置21的控制权；所述实验计算机装置21为多个；所述主计算机13可以切换控制任一实验计算机装置21；所述主计算机13包括教学模块、演示模块、跟随实验模块、模拟实验模块、监控模块、评分模块；所述教学模块用于显示实验教材，创建实验数据表格，显示分数；实验培训导师可以使用所述主计算装置教学模块打开化学实验教材，创建化学实验数据表格，将所述化学实验数据表格显示在电子白板12上，实验培训导师可以使用电子笔15在所述电子白板12上进行书写，所述电子白板12检测所述电子笔15书写内容并将所述书写内容转发给所述主计算机13装置，所述主计算机13将所述内容填入所述化学实验数据表格内，并在所述电子白板12上更新显示；同时实验培训导师可以调取学生的历次考试成绩及实验成绩，根据历次考试成绩及实验成绩提问学生，及时检验培训效果；所述演示模块用于向学生推送演示实验，在培训导师需要进行演示时，将所述演示实验动画发送到所述实验计算机装置21，所述实验计算机装置将所述动画显示在显示屏231中；所述跟随实验模块用于学生进行跟随实验，在培训导师讲解完实验后，调用所述跟随实验模块，将所述跟随实验程序包发送到所述实验计算机装置21，所述实验计算机装
置21解压所述实验程序包，将所述跟随实验动画发送到所述显示屏232，将所述控制配置文件发送到所述输入屏；所述输入屏241根据所述控制配置文件配置所述输入屏241，建立所述输入屏241与所述显示屏232的输入控制连接关系；这里之所以要每个跟随实验动画都设置一个控制配置文件是因为不同的化学实验需要操作的方式不同，这样导师在开发实验案例时可以更灵活的设置控制指令及对应的控制键；学生在进行实验时可以使用所述输入屏241控制所述跟随实验动画，比如，快进、慢放、合并步骤、调用原理解释、重复步骤、凸显，等等操作；所述模拟实验模块用于学生模拟实验，所述主计算机13将所述模拟实验程序包发送到所述实验计算机装置21，所述实验计算机装置21解压所述模拟实验程序包配置所述实验计算机装置21，使所述实验计算机装置21控制所述显示屏231和显示屏233，将所述模拟实验器材选择内容投射到显示屏233，模拟实验用的试剂屏，试管，滴管，药品，玻璃棒、蒸发皿，简易仪器、温度计、托盘天平、试管、烧杯、烧瓶、蒸馏烧瓶、漏斗灯设备分类放置在显示屏233上进行显示，以待备选；实验过程内容投射到显示屏231上进行显示，比如蒸发实验中将选择的烧杯，液体、酒精灯、玻璃棒等在显示屏231上进行显示，学生可以在显示屏231上通过拖动烧杯，酒精灯设置相应的播放位置，选择点火设备点燃酒精灯以进行模拟实验；配置所述输入端用于实验的控制输入；在实验时，学生可以使用已经配置好的所述输入屏241与显示屏232进行跟随视频播放；使用所述输入端控制所述实验计算机装置21进行模拟实验，从显示屏233上选取实验器材，在显示屏231上组建实验，显示实验过程内容；学生能够同时跟随显示屏232的所述跟随实验动画模拟实验，即使在培训导师讲解阶段没有听明白或忽略的细节内容也能够跟随进行模拟练习，有效的提高了学生的学习效率；所述监控模块，监控所述实验计算机装置21，记录学生操作实验的时间段以及实验错误操作信息；进一步的可以在所述实验计算机装置21中设置协同监控模块，所述协同监控模块用于检测所述实验计算机装置21的实验操作时间、实验错误操作次数及步骤；所述协同监控模块监控内容与数据存储格式与所述监控模块相同，所述监控模块仅通过向所述协同监控模块获取相关监控信息即可；评分模块，用于根据所述监控模块获取的监控信息，给每个学生或每组学生进行能力评估和分数评估；所述能力评估用于实验导师根据学生的不同情况进行教学，所述分数评估作为课程结业的参考。
9.所述电子白板12设置在教室的前面靠近所述主计算机13，用于培训导师书写培训内容，所述培训内容能够通过网络输入到计算机装置中；所述电子白板12的两侧边中间位置设置有竖条状钕磁铁薄片；如图5所示为电子白板12，其两边表面下方设置有竖条状钕磁铁121，与电子笔15配合用于方便放置电子笔15；因为电子白板12全部白板区域都是用于书写内容的，因此竖条状钕磁铁121必须设置在白板下面一层；如图6所示为本发明专门改进的电子白板12面板原理图，所述电子白板12面板分为四层，第一层为毛玻璃层1201，其表面为毛玻璃状，用户可以使用粉笔在上面进行书写，第二层为磁感应层1202，当用户使用电子笔15在上面书写时，能感应电子笔15的坐标，通过处理器转换成电信号显示在电子白板12上；第三层为背光显示层1203，用于显示书写内容及背光显示；第四层为基层1204，主要启到对整个白板对支
撑作用；所述基层上开有槽，槽内放置有竖条状钕磁铁薄片；本领域技术人员应当知晓，图6中其各层厚度仅为示例，所述电子白板12对功能除可以使用电子笔15进行书写外，还可以通过背光层将电子白板12调节为全黑状，之后用户可以使用粉笔在上面进行书写；所述电子白板12可以使用电子笔15及粉笔分别进行书写，与现有技术相比功能更强。
10.如图7所示，所述电子笔15包括微型摄像头151、磁头152、钕磁铁153、挂钩154、开关155、加速度计156，所述磁头152设置在电子笔15的笔尖位置，与电子白板12配合书写，所述微型摄像头151设置在电子笔15的对称两侧，与笔尖方向平行方便所述微型摄像头151采集图像数据而不会发生遮挡，进一步的为获得更好的效果可以在电子笔15的四个侧面上均设上所述微型摄像头151；所述钕磁铁153设置在所述电子笔15挂钩的两侧，便于与电子白板12上的所述竖条状钕磁铁121配合使用，当所述电子笔15不使用时，可以将所述电子笔15吸附在所述电子白板12的一侧；所述电子笔15两边设置有钕磁铁位置的表面设置为平面状以便于吸附牢靠；所述加速度计156设置在所述电子笔15内靠近开关的位置，在甩动笔时能够更容易精确检测甩动信号；所述挂钩154方便培训导师挂在衣服上；所述开关155用于在不使用所述电子笔15进行关闭，使用时开启所述电子笔15；所述电子笔15能够通过微型摄像头151采集环境中的图片，发送给所述主计算机13，所述主计算机13从所述图片中识别主要颜色成分，比如所采集的图片中第一主要颜色为绿色，第二主要色为红色，所述电子笔15在白板上进行书写时所述主计算机13控制电子白板12首先显示绿色，如果需要切换到红色，培训导师可以作出甩笔动作，再进行书写则变成红色，如果想从红色切换到绿色，同样通过甩笔动作进行切换；所述电子笔15之所以能够通过甩笔动作实现切换是因为所述电子笔15内部设置有加速度计，当作出甩笔动作时触发切换信号发送给所述主计算机13，所述主计算机13控制电子白板12显示对应的颜色，与现有技术相比，通过甩笔动作切换的速度更快，效果更好。
11.应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领 域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中， 不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未 列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的 元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实 现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项 来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
[0012] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式或对具体实施方式的说明，本发明的保护 范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易 想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。