基于多通道数据的高铁司机警觉评估实验设计

高铁司机警觉与行车安全密切相关。为实现司机警觉状态评估,该研究设计了一种基于多通道数据的高铁司机警觉评估实验方案。依托高铁驾驶模拟器,以连续驾驶的方式诱发高铁司机警觉衰退,实验过程中同步采集其脑电、心电、眼动以及简单反应时间和疲劳程度主观量表。基于神经网络、支持向量机等机器学习技术构建司机警觉评估模型技术方案。以司机神经、生理等融合特征为输入,以司机疲劳状态为输出,构建司机警觉评估模型,对提出的实验方案进行探讨,验证提出的实验方案的合理性与可应用性。

氢气喷射火特性教学实验设计

安全是氢气大规模使用的前提。为了研究氢气喷射火特性,自主搭建了喷射火实验系统,开展氢气喷射火特性实验研究。实验分析了氢气喷射火流量、火焰形状、中心温度及辐射场的变化随压力的变化规律。其中,对于火焰形状的分析,采用将图像转化为二值图的方法得出。结果表明,当压力降低16.95%时,火焰长度下降13.29%,火焰高度下降7.29%;压力保持1.02 MPa时,随着距离增加,中心温度平均减少70.10%;距离喷射口所在平面1.5 m处,辐射强度平均减少18.43%。通过氢气喷射火实验得出氢气意外泄漏下周围温度场、辐射场变化情况,可为实现氢气安全利用提供借鉴。

“实验设计与数据处理”教学设计与实践

基于成果导向教育理念,依据“实验设计与数据处理”课程所支撑的毕业要求观测点,反向设计课程目标。围绕课程目标整合教学内容和教学资源、设计教学过程、组织教学活动、评价学习成效,并基于评价结果持续改进,形成“实施-评价-反馈-改进”闭环。教学过程引入“工艺优化驱动教学”的项目式教学法,与“专业综合实验”“科研实践”等实践环节形成跨课程教学联动,以实践环节中的实验方案设计和数据处理的实际需求推动“实验设计与数据处理”课程的理论教学和课下实践,将零散的知识体系化,碎片化的应用系统化,着力提升学生实验方案设计、实验结果统计分析和模拟预测以及方案优化能力。

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。

基于驾驶模拟的超车仿真教学实验设计

道路交通运输专业具有多学科融合、紧密结合实践的特点,但许多交通专业课程的实践教学环节往往会受到场地大小、条件不可控、重复性差和实际道路危险性等不利因素的限制而无法顺利开展。为提升学生的实践能力与课程参与度,基于驾驶模拟技术,探讨可用于交通仿真、道路交通安全及交通行为分析等课程教学的超车仿真教学实验项目,教学实验以锻炼学生分析解决问题能力和实践操作能力为目标,详细地设计实验流程与实践教学内容,并将该实验项目在道路交通安全、交通仿真等课程的实践环节进行应用,为驾驶模拟系统在教学实验中的应用提供参考。

综合实验设计:浒苔基磁性吸附剂的制备及其净化重金属废水性能测试

设计开发了“以浒苔为原料制备磁性吸附剂,进行结构表征及净化重金属离子废水性能测试”的综合实验。该实验将“物理化学、分析化学、无机化学和仪器分析”课程中的基础理论知识、实验技能与“化学、材料学、环境科学与工程”学科的前沿学术研究相结合,有助于学生深刻理解并实践“结构决定性质,性质决定功能”这一自然科学的重要思想,实现了学生从夯实理论和实践基础到提升创新意识的跨越。同时,本综合实验中体现的“以废治废”的理念,将生态文明的思想“润物细无声”地植入学生的心中。

滚动轴承旋转精度测量实验设计

为提升“新工科”专业人才培养质量,满足行业对毕业生解决复杂工程问题能力的要求,以滚动轴承旋转精度测量为例,设计一项包含理论建模、测量数据研究、软件开发的工程实验。基于角接触球轴承旋转精度检测时的接触关系,建立径向跳动值和轴向跳动值计算解析模型。选取9个均布位置检测轴承套圈设计参数,利用傅里叶级数对测量数据进行轮廓拟合,设计旋转精度计算流程并进行编程计算,得出旋转精度变化规律。计算与测试结果一致,遵循国家标准开展实验,与工程问题无缝衔接,实施过程具有创新性,强化实验对人才培养的支撑作用。

基于成果转化的人工智能算法创新型实验设计

为了拓展深度学习、神经网络算法模型在不同学科领域中的应用,基于创新性教学、高阶性教学以及挑战性教学,提出以科研项目为依托,将科研成果反哺于实验教学,结合实验内容,构建出人工智能算法在能谱测量中的一系列应用实验。实验将脉冲处理、能谱测量、深度学习等多学科知识交叉融合到创新型实验中,利用不同的深度学习模型进行数据处理和分析,充分发挥人工智能算法在实验中的优势,提供了准确、快速和高效的实验结果。实验实施与评估结果表明,该实验不仅能够促进实验教学的创新和发展,也为学生进行科学研究、学科竞赛提供了更多实践与探索的机会。

光学玻璃磨削亚表面损伤预测模型及DOE实验设计

为了掌握光学玻璃材料杯型砂轮研磨与表面粗糙度(SR)和亚表面损伤(SSD)机理,本文建立BK7光学玻璃杯型砂轮研磨表面粗糙度的预测模型,通过改变磨削参数来研究对表面粗糙度的影响。设计DOE试验,研究影响SR与SSD的显著性特征因子,并分析了各因子的交互作用。实验结果表明预测模型的可靠性,得到表面粗糙度的预测模型数据与实验数据的平均误差为5.47%。采用角抛光法,通过电子显微镜观测表面裂纹,并测量裂纹的深度。最后,基于Li的模型,建立基于磨削工艺参数的亚表面损伤的新预测模型。实验结果表明:实验和预测模型结果具有很好的一致性,模型数据与实验数据的平均误差为6.19%,并且新预测模型结果要优于Li的模型。

化工综合实验设计探究——以胆碱类低共熔溶剂预处理杨木制备生物质基碳纳米管为例

针对辽宁科技大学化学工程与工艺专业实验部分教学内容更新不及时,无法与目前专业前沿知识和先进分析表征技术同步的现状,设计开发了生物质基碳纳米管的制备、结构表征及性能研究的综合设计性实验项目。通过文献查阅、实验方案设计、样品制备和检测、数据分析等教学环节,培养学生运用专业理论知识和基础实验技能来解决煤化工和化工相关领域中实际问题的能力。全面提升学生的动手能力、思辨能力和综合问题分析能力,从而满足工程教育专业认证背景下对于人才培养的要求。

“随机信号分析”课程中相关特性的实验设计

探索了“新工科”背景下“随机信号分析”课程的实验设计。以雷达应用为背景,结合科研项目中的实际问题和解决方法设计了三个随机过程相关特性方面的实验,给出了应用背景、原理分析和实验设计。通过该实验教学,使学生深刻体会所学理论、方法在实际中是如何应用的,如何分析和解决实际的工程问题,激发了学生的学习兴趣,培养了学生的创新意识和创新能力。

胆甾相液晶色彩调制的研究性实验设计

胆甾相液晶的螺距能随材料配比、温度、外加电场等发生改变,进而对外界光进行调制。针对胆甾相液晶温致变色等现象,设计了研究性实验“胆甾相液晶色彩调制的研究性实验设计”,探究了胆甾相液晶材料的清亮点、织构、螺距和选择性反射随手性剂浓度和温度的变化规律。该实验流程完整,涉及材料配制、光学测量和性能检测,并将理论与实际应用相结合,有助于激发学生对温致变色材料的研究兴趣,培养学生创新性实验方案设计能力。

旋涂法制备柔性聚酰亚胺基板实验设计

为进一步提高学生的实践能力和综合分析能力,我们以目前平板显示(Flat-Panel Display,FPD)领域应用最广泛的柔性聚酰亚胺(Polyimide,PI)为实验对象,采用旋涂工艺制备柔性的聚酰亚胺薄膜,通过激光扫描共聚焦显微镜(Confocal Laser Scanning Microscope,CLSM)、原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)、紫外-可见光分光光度计(Ultraviolet-Visble Spectrophotometer,UV-vis)、拉力试验机(Tensile Tester,TT)及傅里叶变换红外光谱仪(Fourier Transform Infrared Spectroscopy,FTIR)对所得薄膜进行表征。这样的实验设计具有明显的前沿性和综合性,让学生能深入理解PI材料的优秀性能和独特作用。本实验可以承担本科教育与行业生产之间的桥梁,使得二者相互促进,共同发展。

添加生物质型熔剂的铁矿石烧结实验设计

为了提高本科生的科研能力,以及解决实际工程问题的实践能力,将科研项目“添加生物质型熔剂的铁矿石烧结”引入实验教学。通过讲解铁矿石烧结的生产过程及原理、熔剂对烧结矿产量和质量的影响,并向学生指出目前钢铁工业对熔剂石灰石、生石灰等消耗巨大,提出一种科学有效的固体废弃物资源化的方法,即以生物质型熔剂部分替代矿石型熔剂进行铁矿石烧结生产的方案。让学生掌握铁矿石烧结实验方法,学习实验设备操作,灵活运用所学进行专业性分析与总结,提高科研兴趣和解决复杂工程问题的能力,培养爱护矿产、节约资源意识。

核桃青皮天然色素用于真丝织物染色实验设计

该实验设计主要以专业实验教学体系为中心,以培养学生专业实验技能为核心,通过不断创新实验内容和方法,结合实践性任务、小组合作和个性化学习等多种形式,以促进学生的自主学习,提高学生的学习成果为目的,使专业实验设计更贴近社会发展方向和教学新理念新要求。以核桃青皮天然色素真丝织物染色实验为例,以天然植物色素和真丝织物为原料,旨在培养学生掌握真丝织物漂白预处理、媒染染色工艺以及相关染色性能测试和评价等基本实验技能。实验设计中,突出了思政教育环节,贯穿“安全、健康、环保”理念,以核桃青皮废弃物利用为切入点,培养学生可持续发展创新理念和思维,更好地理解和应用天然染料相关的学科知识。通过收集学生的实验报告,实验全程观察学生实验准备、参与度、实验操作等现场情况,结合课后评价,分析学生的学习情况和潜在问题,再针对性地提供支持,并改进实验设计。

基于混合实验设计的MMA双组份标线涂料配方设计及其性能

考虑标线涂料配方各组分间的相互作用对标线性能的影响,采用混合实验设计(MED)方法,根据Design-expert v13.0软件给出的响应面分析结果,对MMA双组份标线涂料配方进行优化。通过红外光谱确认了MMA树脂固化后的化学结构,测定了固化剂BPO加入量对标线涂料的不粘胎干燥时间、铅笔硬度和色差(ΔE)的影响,结果表明,室温下BPO加入量1.5%时性能最佳。将配置涂料所用的树脂、颜料和两种填料的用量作为实验变量,以粘度、白度、粘结强度和紫外老化前后的色差作为性能响应指标,通过方差分析选择软件中的匹配模型并确定最佳的涂料配方。结果证实所选模型和实验测量值之间具有一致性,表明混合实验设计法是一种优化标线涂料配方的有效方法。

血浆脂蛋白琼脂糖凝胶电泳综合实验设计

血浆脂蛋白琼脂糖凝胶电泳实验是生物化学实验课程中的经典实验,但因其操作单一、等待时间过长,学生的收获感不强,有必要进行综合设计。把上课时间分为三个时段,在各个时段设计多种学习活动:串讲原理、做练习题使相关知识融会贯通;阅读文献,提出疑问;设置试误样品组、做相关实验,启发学生顿悟。通过这些学习活动,学生不仅学会了电泳技术的基本操作,还深刻理解了实验原理,强化了勇于探索的科学精神,体会了顿悟的快乐。

可重构智能表面辅助通信系统的非线性优化及实验设计

针对可重构智能表面辅助的通信系统,提出了一种智能反射表面开关选择和功率分配的联合设计方法,以改变电磁波传播环境、提高信号传输效率、减少功率消耗。首先,在保证接收端数据传输速率达到一定门限值等多个约束条件下,建立以系统能量效率最大化为目标的多维变量联合非线性优化问题,其中涉及的优化变量包括:智能反射表面开关选择、相位调整和功率分配。在开关选择方面,采用贪婪算法选择开启起主要作用的元器件,并关掉起次要作用的智能反射表面。在功率分配方面,通过求解凸优化问题得到功率分配的闭式解。基于此,设计出一种高传输速率、低功率消耗的迭代优化算法。最后,设计仿真教学实验,通过MATLAB软件,验证了所提出的联合优化算法通过改变电磁波传播环境,有效地提高了信号传输的速率和能量效率;并分析了实验中导致算法性能发生变化的机理,这也有利于帮助学生提高科研创新能力和工程实践能力。

基于科研驱动为目标的“实验设计与数据分析”课程教学改革与实践

“实验设计与数据分析”课程能够有效指导学生进行科学实验设计和实验结果统计分析,具有很强的实用性和实践性。本文结合教学现状,提出以科研驱动为目标,从教学内容、教学方案和案例教学等几方面入手,对“实验设计与数据分析”研究生课程进行理论与实践融合、实例设计与分析以及多元实践等方面的教学改革,经过教学实践,提高了教学效果。

共晶物相变蓄热材料制备及性能测试的实验设计

节能减排是当今社会的关注重点。利用共晶物相变蓄热材料在相变过程的蓄放热技术是实现太阳能、工厂余热等能源综合利用、提高能效、降低二氧化碳排放、保护环境的最有效手段之一。共晶物相变蓄热材料实验涉及原料配方及制备工艺、晶体结构及形成机理以及产品热物性能等专业内容,可设计为综合化学实验。该课题的实施培养大学生配方设计能力和大型仪器设备动手操作技能。