生物科学与技术虚拟仿真实验教学中心的建设与应用

生物科学与技术虚拟仿真实验教学中心通过优秀科研项目转化以及与高新技术企业合作开发,建设了一批高质量的生物类虚拟仿真实验教学资源。多层次、多元化的资源为学生前沿科学知识学习、综合性科研训练和生物下游产业技术训练提供有利环境,有效地实现教学模式的转变以及学科交叉知识的学习和延伸。全天候开放共享虚拟仿真实验教学平台,实现虚拟仿真实验教学软件、实验标准化视频、教学课件和测试题库等线上教学资源的有机整合,满足随时随地实验教学需求,支持了一系列的混合式线上线下实验教学课程开展。生物科学与技术虚拟仿真实验教学中心与国家级生物科学实验教学示范中心形成了“双中心”融合发展的创新人才培养实验教学体系,“虚实结合”的实验教学模式,提升了学生的综合科研能力与教师的业务水平,培养了满足社会需求的生物技术创新实践人才。

人工影响天气虚拟仿真实验及课程体系建设

在“人工影响天气”的相关课程教学中,构建虚拟仿真实验教学平台有助于学生深入理解基础理论知识,并对实际业务操作及催化方案设计、优化产生感性认识。虚拟仿真实验教学突破了室内教学时空及仪器设备昂贵的局限性,解决了自然界中不能对同一块云反复催化的实际困难,对云降水环境及人工催化过程高度重现,对理论教学体系及教学形式进行补充,完善了课程教学体系。此外,科技成果在教学和本科生科研创新活动的引入,进一步增强学生科技创新意识及学习兴趣,促进了科研创新型人才的培养。

合成孔径雷达高分辨率成像虚拟仿真实验平台设计

合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)系统组成复杂,搭载于飞机、卫星等运动平台上才可实现数据获取,难以开展基于SAR雷达实物的实验教学。为解决此问题,设计并搭建了SAR高分辨率成像虚拟仿真实验平台。该虚拟仿真实验平台将系统设计技术、实验设计技术、数据采集过程、信号处理技术、图像评估技术等SAR实验的完整流程进行了高展示度、高保真度、高交互性的计算机模拟。一方面,该虚拟仿真实验可以帮助学生理解SAR设计、工作和应用的流程,巩固相关课程基础知识,激发学习雷达信号处理知识的兴趣;另一方面,可以考查学生对相关知识的综合应用能力,增强学生解决实际问题的技能。该仿真平台已成功应用于虚拟仿真教学课程实践,教学效果良好,对培养新工科技术型人才具有重要意义。

“双一流”背景下环境类虚拟仿真实验建设现状与共享分析

iLAB-X和智慧教育平台作为教育部主推的实验共享平台,其优质资源公益性地对全世界开放。文章基于平台46个环境类项目,对分类特点、建设特征和应用现状进行分析,为高校共享使用两大共享平台实验项目提供参考,并为其设计开发具有特色的环境类虚拟仿真实验项目提供指导。提出通过“共享与特色”的组合拳强化环境类虚拟仿真教学应用常态化,以期推动“双一流”课程建设和环境类实验教学高质量发展。

高校虚拟仿真实验课程应用评价研究

虚拟仿真实验课程,是国家一流课程的重要组成部分,是高校实验教学的重要资源,是信息技术融入实验教学的基本体现。虚拟仿真实验课程的应用评价对于促进该课程的可持续发展意义深远。根据教育部已认定的面向高校和社会免费开放并提供教学服务的虚拟仿真实验课程,基于其应用数据,采用K-means聚类方法和多项逻辑回归方法,分析其应用活跃度和影响因素,发现不同课程群组的应用特征和影响因素,可为改进课程提供建议,可为课程评价提供依据。

基于Three.js的大学物理在线仿真实验开发

Three.js是用JavaScript编写的基于WebGL的在线三维场景和动画的开发引擎。为了使学生能在线开展虚拟仿真实验,探索学生线上自主学习和线下课堂学习相结合的实验教学模式,提升学生实操实验课时的有效利用,采用Three.js提供的JavaScript库函数来开发分光计实验和密立根油滴实验等在线虚拟仿真实验。通过该仿真实验,学生能在实验课之前对实验的原理和操作细节有具体了解,从而对实验中遇到的问题进行深入探究,提高实验教学效果。这些仿真实验也可以作为由于其他原因无法实现线下实验的一种替代教学实验方案。以Three.js为开源开发的物理在线仿真实验平台可推广。

无线网络通信及其应用课程的虚拟仿真实验教学设计与实现

开设无线网络通信实验存在设备昂贵、协议复杂以及基于行业应用背景的实验教学难以现场开展等问题。为此,设计并实现无线网络通信及其应用课程的虚拟仿真实验教学,包括基础实验、专项实验和综合设计3层次实验。采用Catfly无线网络节点实验平台构建虚拟仿真实验环境,全方位实现无线网络通信技术及其应用所涉及的重要知识点的实验探究。该课程通过应用案例触发模式带动学生体验“需求—设计—实现”的完整项目开发过程,有效提升无线网络通信及其应用相关教学内容的学习效果,对无线网络通信领域技术人员的培养具有重要意义。

面向零能耗太阳能住宅的光伏发电系统设计及仿真实验

该文针对徐州地区零能耗太阳能住宅的用电需求,设计出一套并网型二级式光伏发电系统。首先依据住宅的最大日均用电量设计光伏发电系统的容量,进而进行选型确定光伏组件的参数和数量;然后对DC/DC变换器、DC/AC变换器和滤波器的主电路进行设计,通过分析各部分电路的输入输出关系、电压/电流纹波和滤波特性等限制条件,计算相关元器件参数;接着针对最大功率跟踪、并网电流无静差跟踪、直流母线电压保持稳定等控制要求,选定各级变换器的控制策略,并设计相关控制参数;最后利用Simulink软件建立整个光伏发电系统模型,进行仿真实验分析。结果表明:所设计的光伏发电系统无论在强光照下还是弱光照下,都能保证家用电器正常工作,且各级电路的电压电流控制效果良好。

虚拟仿真实验在无障碍设计教学中的应用——以无障碍通用标识环境设计实验为例

国际上建筑学无障碍设计理论已进化到通用设计等人性化设计思潮,我国部分高校也建立了无障碍设计教学体系。专业课程中实验教学让学生体会无障碍设计的重要性,但传统无障碍模拟体验难以满足所有学生开展综合性设计实践学习的需求。无障碍通用标识环境设计虚拟仿真实验平台引用“循证设计”的教学模型理念,将基本原理与实际操作体验互动结合,通过6大系统、3个层次,引导学生按层级深化学习。虚拟仿真实验手段的引入,实现了教学方法和教学评价体系的创新。从课堂教学和实验报告的反馈结果看,虚拟仿真实验融入无障碍设计教学能提升学生专业素质、激发学生创新意识、增强学生综合能力和培养社会责任感,是促进无障碍设计建筑教育升级的有效路径。

电工电子仿真实验线上线下混合教学模式探索

为满足电工电子实验教学改革和公共突发事件教学预案的需求,基于线上会议平台和翻转课堂设计了电工电子的仿真实验,解决了时空不一致时实验教学难以实施的问题。以“串联电路中电感电容的共振现象”实验为例介绍了新的教学模式,实现了课前推送实验理论资料、实时测验预习情况、数字化实验报告和教学资料及线上线下混合教学的功能,在督促学生预习、灵活投屏答疑、个性化培养等方面存在优势,在本科生电工电子实践教学中取得了良好的效果。

病原生物学虚拟仿真实验项目建设探讨

病原生物学实验是实践性和应用性较强的医学基础实验课程。虚拟仿真实验系统作为新型多媒体教学手段,是传统实验课程的重要补充。文章以蛔虫感染小鼠动物模型的建立与病理反应观察的综合性虚拟仿真实验为线索,从设计者角度介绍综合性虚拟仿真实验项目的建设过程,从而更加有效地对虚拟仿真实验项目进行开发,最终提升病原生物学实验课程的教学效果。

重金属检查与有害元素测定虚拟仿真实验设计

为解决中药重金属检查与有害元素测定实验长期存在的易受实验环境制约、实验周期长、环节多、实验成本高等问题,教学团队运用虚拟仿真技术构建了“重金属的检查与有害元素测定虚拟仿真实验”。该实验涵盖了重金属检查与有害元素测定所需的化学分析和仪器分析操作方法,帮助学生加强对实验原理和注意事项的理解。

激光诱导击穿光谱(LIBS)分析虚拟仿真实验

虚拟仿真实验作为大型仪器分析实验教学模式的新兴趋势,有效地将虚拟仿真技术与实物仪器教学相结合,最大限度地提升了学生对于大型仪器分析的综合应用能力。本文以激光诱导击穿光谱(LIBS)虚拟仿真实验系统为例,完整地模拟了LIBS系统的样品处理、光谱采集、定性分析和定量分析等实际实验场景,通过虚实结合实验教学模式对实验过程进行实时跟踪与综合考评。该实验有助于提高学生自主探究能力和创新意识,培养具有独立思考与实践能力的拔尖人才。

井底流固耦合环境下PDC钻头切削齿冷却仿真实验

PDC钻头已成为开发深部资源的主体钻头,但在钻井过程中产生的热损伤是影响钻进效率及钻头寿命的重要因素之一。该文针对PDC钻头切削齿热损伤问题,开展基于不同影响因素的井底流固耦合环境下切削齿冷却仿真实验。建立了PDC钻头井底冷却流固耦合模型,结合实际钻井工况制定了数值仿真方案,根据仿真实验结果分析了井底流固耦合环境中不同影响因素下钻头切削齿的温度变化规律,并通过正交试验对钻头冷却效果与各影响因素间的敏感性进行了评价。切削齿冷却敏感因素从大到小依次为:钻井液排量>钻井机械参数、钻井液温度>地层温度。研究成果为探索井底工况下钻头破岩过程中切削齿热损伤问题和优化PDC钻头设计提供了理论依据。

新文科背景下管理类虚拟仿真实验课调查分析

在新文科背景下,管理类课程的教学开始从传统理论教学向实践教学转变,虚拟仿真实验课作为一种创新的教学方法,为实践教学提供新途径,但是虚拟仿真实验课程在管理类课程中的实施存在一些挑战和困难。该文旨在通过问卷调查,对管理类课程开展虚拟仿真实验课进行研究,分析其优势和不足之处,为新文科背景下管理类课程开展虚拟仿真实验提出建议。

线下课堂引入虚拟仿真实验的探索与实践

介绍了虚拟仿真实验的特点并与线下课堂实验进行比较,分析了在课程教学数字化转型背景下,线下课堂教学引入虚拟仿真实验的必要性和可行性.根据北京航空航天大学在线下课堂开设“基于AFM的物质表面微观结构及力学性质表征仿真实验”的实践,探讨了虚拟仿真实验进入线下课堂的优势和需要注意的问题,以期为虚拟仿真实验在人才培养中发挥更重要作用提供借鉴和参考.

我国北方沿海区域水文气象特征分析仿真实验设计与开发——以青岛湾为例

为适应现代化教育的要求,国家将虚拟仿真实验课程发展为五大“金课”之一,以助力实验教学质量的提升。针对传统实验教学中存在受区域条件、恶劣天气、长实验周期等因素限制的痛点问题,文章开展了沿海区域水文气象虚拟仿真实验系统建设,搭建了三维地理场景,集成了多种水文气象监测设备的三维模型,设计并实现了包括环境地物认知、仪器设备安装操作、数据采集、水文气象特征分析、考核评价等环节的综合实验过程。该实验系统已上线国家虚拟仿真实验系统,可为水文学、气象学、自然地理学等相关的专业课程提供沿海区域水文气象特征分析虚拟仿真实验服务。

海底板块构造的综合地球物理虚拟仿真实验平台及其应用

依托“地球物理实验”课程,同济大学海洋与地球科学学院应用多媒体、三维建模等网络化、数字化手段,针对以板块俯冲、海底火山、洋中脊等一系列海底板块构造为代表的典型的地质-物理模型,开发了“海底板块构造的综合地球物理虚拟仿真实验”,设计了认知、基础实验和拓展实验三个模块,开展综合地球物理方法的虚拟仿真实验教学。实验项目实行以学生为本的基于问题和案例互动、自主探究和循序渐进的教学方式,注重培养学生的创新思维和综合技能。

分子水平上的虚拟仿真实验之思政元素的挖掘与提炼——以“高分子的构象、形态及尺寸的模拟与计算”项目为例

高分子的构象、形态及尺寸的模拟与计算,是分子水平上的虚拟仿真实验项目,结合诺贝尔奖获得者de Gennes和P.J.Flory的理论工作、由项目组自身教研成果转化、师生合作研发而成。与小分子化合物相比,高分子的研究方法有很大的不同,特别是需要采用统计方法来描述高分子链的构象、形态,计算高分子链的平均尺寸,这是经典的物理化学方法所不能完成的。本项目从研发到教学实践、再经改进,教学内容的更新优化中,自然融入了诺贝尔奖成果、哲学思想、科学思维、学科发展史、教研成果等多个维度的思政元素。

重离子加速器中的原子核碰撞虚拟仿真实验的建设与应用

利用虚拟仿真技术,结合教学团队的科研成果,设计开发了重离子加速器中的原子核碰撞等一系列实验教学项目.这些实验项目能够在电脑上再现真实的实验场景,解除了实验场地、费用、防护等方面的限制,为培养学生的实验探究设计能力、开拓学生视野提供了重要支撑.结合虚拟仿真技术的特点,教师团队采用适应的教学方法进行授课,建立了完善的评价体系.经过3年的课程建设,该课程在学生培养、教师教学质量、推广应用方面取得了良好的效果.