基于国家物理虚拟仿真实验平台的实验教学改革与实践

基于虚拟仿真实验平台教学作为一种新的教学形态,在传统实验教学项目中融合了现代信息技术,拓展了物理实验教学的时间性和空间性,推动了新时代下实验教学的发展。本文针对传统物理实验教学培养创新人才存在的问题,以山东师范大学国家级物理虚拟仿真实验教学中心为例,通过对国家物理虚拟仿真实验平台的改革,探讨以培养技能型人才为导向的实验教学改革成效,为丰富其他高校物理虚拟仿真实验教学内容和形式,促进学生创新能力培养和提升物理教学质量提供新的思路。     

工科物理虚拟仿真实验教学平台的建设实践

本文介绍了山东科技大学工科物理虚拟仿真实验教学中心建设历程。虚拟方正实验教学中心以山东省实验教学示范中心为依托,以创建国家级虚拟仿真实验教学中心为契机,通过围绕大学物理虚拟仿真平台的建设,从普通物理实验、近代物理实验和专业物理实验等几个方面展开系列工作,并提出虚实结合,有实有虚,实缺虚补的方针,对本校虚拟仿真实验教学方面建设所存在的问题及取得的成绩做了详细的叙述。     

物理虚拟仿真实验教学中心建设与实践

统的基于真实操作的物理实验教学模式正面临一系列的困难,这些困难是包括我校在内的众多国内外高校所亟待解决的共同课题。为此,我校建设了大学物理虚拟仿真实验、VR虚拟仿真实验,基于"云"平台服务的远程虚拟实验等虚拟仿真实验系统,丰富了实验教学手段,促进了实验教学模式的改革。并以此为契机,获评辽宁省物理实验虚拟仿真教学中心。     

新冠疫情下留学生智慧教学模式的探索——以大学物理实验为例

近年来,由于全球新冠疫情的影响,造成部分国外留学生无法正常来华求学.基于此,西南科技大学物理实验教学中心通过结合各种教育信息化手段,如网络视频教学、线上师生互动、虚拟仿真实验,探索了“现实平台、虚拟平台、交互平台相互融合”的智慧教学模式在留学生大学物理实验课堂上的应用,解决了本科留学生不能正常完成线下实验课程的问题,同时也让留学生对实验内容的物理本质有了更深入、更全面的理解.     

从PhET看国内高校物理虚拟仿真实验教学项目建设

PhET是国际知名的虚拟仿真实验项目,可以在线模拟物理等方面的实验。该项目基于广泛的教育研究,通过直观、类似游戏的环境吸引学生,激励学生通过探索和发现来学习。PhET项目是虚拟仿真实验成功的案例,对我国虚拟仿真实验项目建设有重要参考价值。分析了PhET项目在设计理念、技术手段、项目运营和使用效果等方面的特点,提出了国内高校现有物理虚拟仿真实验项目建设的努力方向。随着国家虚拟仿真实验教学项目共享平台(实验空间)的不断完善,各高校的物理虚拟仿真实验项目将会被弱化,只有发展特色的实验项目才能和实验空间相互补充、协同发展。     

基于WEB的虚拟物理实验室建设探讨

论述了建设虚拟物理实验室的必要性，并且根据目前的基于wEB的虚拟物理实验室的实现关键技术，对我系的基于WEB的虚拟物理实验室的设计与虚拟实验的教学特点进行了探讨．     

虚拟仿真实验辅助物理实验教学功能的开发

以物理实验教学的预习环节为例,对使用虚拟仿真实验的学生的学习结果(包括实验理论知识、实验操作能力)利用SPSS进行分析.分析结果表明,虚拟仿真实验一定程度上加深了学生对实验理论知识的理解,提升了学生的实验操作能力,使得物理实验课堂教学更加高效.并且通过对问卷调研的深入分析和参考目前空中课堂开展的相关研究,为利用虚拟仿真实验开展的物理实验教学提供依据.     

教育改革形势下高校物理实验虚拟仿真教学发展趋势研究

在教育改革不断信息化发展的形势下,结合当前高校物理实验教学特点、国内外高校物理虚拟仿真实验教学中心建设现状及高校物理虚拟仿真实验教学理念与原则,以广西师范大学物理虚拟仿真实验教学中心体系建设为例,进行了高校物理实验虚拟仿真教学发展趋势研究。在此基础上,提出了三点实现物理实验虚拟仿真教学可持续发展的建议。     

基于Unity的激光全息法制作微结构的虚拟仿真实验开发

以新开设的多光束激光全息法制作微结构物理实验为对象,综合运用Unity,SolidWorks,WebGL等技术开发虚拟仿真实验平台.该虚拟仿真实验突破了传统封闭的实验教学内容,能够根据需要任意设计实验光路,产生高度有序、复杂多样的丰富干涉图样,具有形象、高效、实验成本低和开放性强等优点,为学生自主设计实验方案开展创新性实验探索提供了良好的平台,同时也为开展实体实验和虚拟仿真实验融合教学奠定了基础,有助于提高实验教学效果.     

基于大学物理实验的虚拟仪器探讨

本文对虚拟仪器的历史进行了回顾,并对虚拟实验的发展阶段进行了概括。在实际调研的基础上,总结了虚拟物理实验的现状,说明了其发展方向。     

基于Unity 3D的霍尔效应实验虚拟仿真平台设计与实现

基于Unity 3D设计了霍尔效应实验虚拟仿真平台.该平台利用3ds Max构建三维模型,并将生成的FBX文件导入Unity 3D资源管理器,使用C#语言编写脚本,控制相应模型实现各种状态的动态响应,在Windows平台上运行实现霍尔效应实验.该虚拟仿真实验平台可激发学生的兴趣,提高学生的实验技能,改善教学效果,同时,解决了目前实验教学中普遍存在的硬件资源不足、仪器设备易损坏等诸多困扰.     

跨校区物理实验平台的教学可操作性

高校多校区建设迫切需要解决跨校区教学资源共享等关键问题,尤其以实现仪器设备(硬件)跨校区教学使用最具有挑战性.通过对传统教学设备技术改造,分别采用C/S和B/S结构创建了中山大学跨校区物理实验教学平台.通过配合基础物理实验“三层次”和近代物理实验“相关性”教学改革实践,体现了跨校区实验平台具有较高的教学可操作性,更展现了高等学校多校区实验教学平台建设的一种可行模式和途径.     

直流电路虚拟实验平台的研究—自组电势差计实验

以“自组电势差计实验”为对象,借助计算机图形学,虚拟现实和计算机仿真等新技术,进行了具有逼真视觉效果与精确实验结果的计算机虚拟实验平台系统的研究与尝试,它可以使学生仿真地在计算机屏幕上完成实验的全部过程,可达到学生在实验前的预习目的。     

光学虚拟实验系统研究

采用MATLAB技术,结合光学实验教学内容的特点,利用面向对象的方法开发构建了光学虚拟实验系统。该系统具有操作简单、界面直观、实验快速实施等特点。以空间滤波实验和偏振光实验为例,给出了设计思想和相应的仿真实现结果。学生通过对实验系统的操作,可以很快地掌握实验原理、内容和实验特点。该系统作为传统光学实验教学的补充,能够完成一般光学实验中难以实现的实验操作,使复杂的实验操作变得直观生动,提高了光学实验教学的效果,同时也为相关实验系统的设计研发提供了一条新的途径。     

基于iOS的手机虚拟仪器浏览器的设计

为了动态调整手机端虚拟仪器的功能,提出了一种基于iOS平台的手机虚拟仪器浏览器的设计方法。其主要原理是通过往浏览器中加载不同的虚拟仪器脚本,将浏览器变成不同的虚拟仪器。虚拟仪器的基本组成模块是拥有多个输入和输出接口的控件,控件之间采用KVO模式进行组装和通讯,并采用脚本描述组装。所有控件类都继承自UIView类,需要调用和重写UIView的部分函数。信号发生显示器的例子证明了虚拟仪器浏览器的可行性。     

基于LabVIEW的大学物理虚拟实验设计——以“单臂电桥法测电阻”为例

单臂电桥法测电阻实验是理工科大学物理基础实验之一,在实验教学中占有重要的地位。基于虚拟仪器开发平台（LabVIEW）,制作了单臂电桥法测电阻实验并投入实验教学,取得良好的实验效果。     

用Geant4对相对论电子的动能与动量关系测量实验的模拟与拓展

基于蒙特卡罗方法的Geant4计算机模拟软件平台,对传统的相对论实验进行模拟,实验直观而形象,数据精准可信,有助于学生加深理论知识和实验内容的理解.     

热释电IRFPA非均匀性校正实验系统研究

采用虚拟仪器技术,设计了基于LabVIEW软件平台的热释电IRFPA（红外焦平面阵列）非均匀性校正系统。该系统可通过控制面板选择校正算法,选取3种不同的标准像元的标准校正曲线。可以对IRFPA待校正的像元输出进行采集,对非均匀性参数进行测试,还可以进行非均匀性校正。系统通过三维波形以及图像的显示来观察校正前后对比,并能计算出校正前后的NU（非均匀性）值大小。对像元数为120160的热释电IRFPA输出的视频信号进行了非均匀性校正实验,对非均匀性校正算法进行了统计对比,对仿真结果及数据进行了分析总结。经过校正实验验证了系统的可行性,结果证明基于平均值法的两点定标算法对热释电IRFPA非均匀性校正后的NU值是最小的。通过统计数据得出校正后的NU可平均下降30%。     

虚阴极振荡微波辐射

本文概述在EPA-74脉冲线加速器上进行的虚阴极振荡微波辐射实验。1kA,400keV的电子束流经短磁线圈聚焦形成虚阴极,产生波长在6.2～11.5mm的微波辐射,峰值功率约1MW。从提高效率考虑,拟采用特殊设计的实验结构,以形成多级虚阴极振荡。     

基于LABVIEW的偏振光虚拟实验研究

针对大学物理偏振光试验中偏振光片偏振度较低、波片损坏严重的现实问题,利用Lab-VIEW设计并搭建了虚拟偏振光实验。同时对虚拟偏振光实验进行了讨论和分析,结果表明基于Lab-VIEW的虚拟偏振光实验,能够帮助学生迅速掌握产生和检验线偏振光、椭圆偏振光以及圆偏振光的方法,有助于培养学生的创新能力和科研兴趣。