2017年度云南省虚拟仿真实验教学项目申报表

2017年11月03日 09:16  点击:[]

2017年度云南省虚拟仿真实验教学项目申报表

 

 

 

 

学     校     名     称

云南农业大学

实 验 教 学 项 目 名 称

公共农业物理与电工电子学

虚拟仿真实验

所  属  课  程  名  称

《农业应用物理学与电工电子学实验》

所  属  专  业  代  码

080701

实验教学项目负责人姓名

张海涛

实验教学项目负责人电话

                    15925155166

有  效  链  接  网  址

 

 

云南省教育厅 制

二〇一七年九月

 

 

填写说明和要求

 

    1.以Word文档格式,如实填写各项。

    2.表格文本中的中外文名词第一次出现时,要写清全称和缩写,再次出现时可以使用缩写。

    3.所属专业代码,依据《普通高等学校本科专业目录(2012年)》填写6位代码。

    4.涉密内容不填写,有可能涉密和不宜大范围公开的内容,请特别说明。

    5.表格各栏目可根据内容进行调整。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    1.实验教学项目教学服务团队情况

1-1实验教学项目负责人情况

姓名

张海涛

性别

出生年月

1980.08

学历

硕士

学位

硕士

电话

0871-65220700

专业技

术职务

副教授

行政

职务

副院长

手机

15925155166

院系

云南农业大学理学院

电子邮箱

77914209@qq.com

地址

昆明市云南农业大学理学院

邮编

650201

教学研究情况:主持的教学研究课题(含课题名称、来源、年限,不超过5项);作为第一署名人在国内外公开发行的刊物上发表的教学研究论文(含题目、刊物名称、时间,不超过10项);获得的教学表彰/奖励(不超过5项)。

主持的教学研究课题

1、《云南省高等学校专业综合管理信息化研究》,教育厅 ,2年

2、《云南省高校专业综合评价指标数据采集决策分析平台研究》,教育厅,3年

3、《云南省高校学分制改革与教管信息化》,教育厅,3年

4、《地方高等农业院校多样化人才培养服务产业结构的适应性研究----以云南为例》云南农业大学、3年

第一署名教学研究论文:

1.《基于学分制的排课冲突检测优化算法研究》,电子设计工程,2013年

2.《基于多层架构的科研项目管理信息系统设计与实现》,中国管理信息化,2014年

3.《基于学分制多样化人才培养方案立体式监控管理探索与实践---以云南农业大学为例》,云南农业大学学报,2013

4.《基于Web的高校教材征订管理信息系统设计与实现》,云南农业大学学报,2013年

5.《基于产业结构调整视角下云南高校专业就业预警机制构建研究》,云南农业大学学

报,2016年

6.《云南省高职院校专业通用评价指标体系研究及构建》,云南农业大学学报,2017年

 

学术研究情况:近五年来承担的学术研究课题(含课题名称、来源、年限、本人所起作用,不超过5项);在国内外公开发行刊物上发表的学术论文(含题目、刊物名称、署名次序与时间,不超不超过5项);获得的学术研究表彰/奖励(含奖项名称、授予单位、署名次序、时间,不超过5项)。

学术研究课题:

《基于计算机视觉和BP网络的水稻病害图像智能识别研究》,云南省教育厅科学研究

基金项目,3年

获得表彰:

1.2009年云南省教学成果奖二等奖“学分制综合教学管理系统的创新与实践” ,云南省人民政府颁发

2.2013年云南省教学成果奖二等奖“构建教学平台 推进教学改革 提高教学质量”,云南省人民政府颁发

 

1-2实验教学项目教学服务团队情况

序号

姓名

所在单位

专业技术职务

行政职务

承担任务

备注

1

周兵

云南农业大学

副教授

系主任

管理与教学

2

赵家松

云南农业大学

副教授

教研室主任

教学

3

张晋恒

云南农业大学

讲师

实验室主任

管理与教学

4

赵红伟

云南农业大学

讲师

实验教学

5

王化忠

云南农业大学

实验师

实验教学

6

杨秀莲

云南农业大学

实验师

实验教学

7

朱玲

云南农业大学

讲师

实验教学

8

赵金燕

云南农业大学

副教授

实验教学

9

张云

云南农业大学

副教授

实验教学

10

胡宝晶

云南农业大学

讲师

实验教学

11

朱俊涛

云南农业大学

讲师

实验教学

12

赵一凡

云南农业大学

讲师

实验教学

13

王锐刚

云南农业大学

副教授

实验教学

14

吴兴纯

云南农业大学

讲师

实验教学

15

张鹏

中科大奥锐科技有限公司

技术员

技术支持与售后服务

注:1.教学服务团队成员所在单位需如实填写,可与负责人不在同一单位。

2.教学服务团队须有在线教学服务人员和技术支持人员,请在备注中说明。

 

    2.实验教学项目描述

2-1名称

公共农业物理与电工电子学虚拟仿真实验

2-2实验目的

1.通过虚拟仿真实验培养学生实践能力、探究精神、创新能力

2.同过虚拟仿真实验,使学生对需要在极端条件下进行(如强场、高温、高压、高真空)的实验的实验原理,操作步骤,实验结果有直观的认识。

3.虚拟仿真实验依托虚拟现实、人机交互、网络通信等技术,构建了高度仿真的虚拟实验资源和环境,利用虚拟仿真实验教学的管理平台,学生可在虚拟环境中把实验预习、实验指导、实验教学、实验复习、实验选课、实验考试等教学内容有机融合为一体,完成实验教学的各项内容,弥补了真实实验的不足。

4.根据物理学相关的基本理论、实验数据、物理模型,学生通过虚拟仿真平台建立数学模型和数值计算,在虚拟环境下模拟物理学变化过程,可以在传统物理实验的基础上结合当今科技的发展,对知识点对应的实验进行拓展。

2-3实验原理(或对应的知识点)

实验室主要涉及两类实验,涵盖实验内容丰富,物理实验主要包含力热光电等领域的40个主要实验,知识点慨括全面,主要有:重力加速度的测量、热敏电阻的温度特性、导热率的测量、热电偶的特性和应用研究、分光计的应用、霍尔效应、偏振光的研究、法拉第效应等。

电工电子类实验主要涉及电路原理、模拟电路、数字电路、电工学等领域的30余个实验,相关知识点主要包括:基尔霍夫定理、叠加定理、单管放大、差动放大、三相交流电路的电压电流功率、变压器特性、异步电动机的启动和反转等

2-4实验仪器设备(装置或软件等)

基于组件的虚拟物理仿真实验系统、电工电子仿真实验系统。

2-5实验材料(或预设参数等)

典型实验项目预设参数:以密立根油滴实验为例

水平调节仪,油滴管,显微镜,电压正负极档,电压正负极档,计时器,平衡电压旋钮。

2-6 实验教学方法(举例说明采用的教学方法的使用目的、实施过程与实施效果)

以密立根油滴实验为例:

学习控制油滴在视场中的运动,并选择合适的油滴测量元电荷,要求测得6个不同的油滴8次以上。

1. 选择适当的油滴并测量油滴上所带电荷

要做好油滴实验,所选的油滴体积要适中,大的油滴虽然比较亮,但下降速度快,不容易测准确;太小则受布朗运动的影响明显,测量结果涨落很大,也不容易测准确。因此应该选择质量适中,而带电不多的油滴。

2.  调整油滴实验装置

油滴实验装置是油滴盒,油滴照明装置,调平系统,测量显微镜,供电电源以及电子停表,喷雾器等组成的,其实验装置如下图所示。其中油滴盒是由两块经过精磨的金属平板,中间垫以胶木圆环,构成的平行板电容器。在上板中心处有落油孔,使微小油滴可以进入电容器中间的电场空间,胶木圆环上有进光孔,观察孔。进入电场空间内的油滴由照明装置照明,油滴盒可通过调平螺旋调整水平,用水准仪检查。油滴盒防风罩前装有测量显微镜,用来观察油滴。在目镜头中装有分划板,

电容器极板上所加电压由直流平衡电压和直流升降电压两部分组成。其中平衡电压大小连续可调,并可从显示屏上直接读数,其极性由换向开关控制,以满足对不同极性电压的需要。升降电压的大小可连续调节,并可通过换向开关叠加在平衡电压上,以控制油滴在电容器内上下的位置。

油滴实验是一个操作技巧要求较高的实验,为了得到满意的实验结果,必须仔细认真调整油滴仪。

(1)首先要调节调平螺丝,将平行电极板调到水平,使平衡电场方向与重力方向平行以免引起实验误差。

(2)调节显微镜焦点,使油滴清晰显示在显示屏上。

(3喷雾器是用来快速向油滴仪内喷油雾的,在喷射过程中,由于摩擦作用可使油滴带电。

 当油雾从喷雾口喷入油滴室内后,视场中将出现大量清晰的油滴,有如夜空繁星。试加上平衡电压,改变其大小和极性,驱散不需要的油滴,练习控制其中一颗油滴的运动,并记录油滴经过两条横丝间距所用的时间。

3. 正式测量

(1)取平衡电压约 、匀速下降时间约 -35s的油滴,测量油滴匀速运动 所用的时间。如果油滴过大,下降速度会过快,油滴过小,则布朗运动明显。

      数据处理时所需要的参数值如下:

以上各式中的有关参考数据为:

         油密度                     

         空气密度                   

         重力加速度                   查当地值

         空气粘滞系数               

         平行板间距                   

         修正系数                    

 (2)计算每个油滴的带电量,然后计算电子电荷。这里我们采用倒过来验证的方法,即用公认的电子电量值去除每个油滴的电量,取一个最接近的整数,再用这个整数除油滴的电量,从而得到电子电荷的测量值。

(3)将电子电荷的测量值与理论值进行比较,计算相对百分误差。

为了提高测量结果的精确度,每个油滴上下往返次数不宜少于8次,要求测得6个不同的油滴。

4. 读取实验给定的其他有用常数

计算电荷的基本单位(数据处理方法不限),并选取一个油滴计算所带电荷的标准偏差Dq/q

2-7实验方法与步骤要求(学生操作步骤应不少于10步)

以典型实验项目密立根油滴实验为例:

1、开始实验后,从实验仪器栏中点击拖拽仪器至实验桌上,打开密立根油滴仪并打开显示器,在密立根油滴仪的水平气泡区域打开底座水平调节装置,调节底座进行调节;

2、观察水平气泡的位置,并观察油滴在显示器上升、下落的时间,保存当前数据;

静态法测电子电荷:

3、打开电源,能够观察显示器中的油滴,并使两极板电压产生向上的电场;

4、取油滴管,使产生雾状油滴,调节“平衡电压”旋钮使控制的油滴处于静止状态,锁定状态”,记录被控油滴的状态;

5、打开“提升”电压档,使被控制油滴上升到最上面的起始位置,为下一步计时做准备,调到“置零”电压档,使被控制油滴匀速下落,开始计时;

7、打开“平衡”电压档,使被控制油滴停止下落处于静止状态,并停止计时,然后记录平衡电压数值和油滴下落时间;

动态法测电子电荷:

8、打开电源,能够观察显示器中的油滴,并使两极板电压产生向上的电场;

9、取油滴管,使产生雾状油滴,调节“平衡电压”旋钮使控制的油滴处于静止状态,锁定状态,记录被控油滴的状态;

10、打开“提升”电压档,使被控制油滴上升到最上面的起始位置,为下一步计时做准备,调到“置零”电压档,使被控制油滴匀速下落,开始计时;

11、打开“平衡”电压档,使被控制油滴停止下落处于静止状态,并停止计时,然后记录平衡电压数值和油滴下落时间;

12、打开“提升”电压档,使被控制油滴向上匀速运动,并打开计时器开始计时;

13、当被控制油滴运动到起始位置时,计时器停止计时,并将此时的电压值和时间进行记录;

2-8实验结果与结论要求

实验结果与结论既要符合实际,也要尽可能的符合相应的理论模型。在实验操作上要尽可能与实物实验仪器接近。

2-9考核要求

本实验仿真课程,主要配合理论课程锻炼学生分析问题的能力。

实验仿真平台上的训练占50%;

实验报告的撰写,误差分析,改进措施等占50%

2-10面向学生要求

(1)   专业与年级要求

物理实验主要面对具备大学物理基础知识的学生,专业涉及生物、农学、食品、烟草、电气、水工、农水、机制、能动、车辆、建环等农工科专业20余个。

电工电子实验主要面对电气、水工、网络、机制、能动等理工专业,具备基础电工电子基本知识,大学二年级以上学生。

(2)   基本知识和能力要求等

学习过大学物理、电路原理、电工学等相关课程,具备基础知识的学生。实验室针对不同课程需求,选择相关实验内容训练。

 

 

 

 

 

3.实验教学项目相关网络要求描述

3-1有效链接网址

暂无。

3-2网络条件要求

(1)2个以太网 1 Gb 2 端口 332T 适配器; 8M带宽。

(2)运行时并发请求数满足Requests Executing <=5,每秒请求数满足Requests/Sec <=100 、一次请求等待处理的毫秒数满足Request Wait Time<=1000

3-3用户操作系统要求(如Windows、Unix、IOS、Android等)

(1)计算机操作系统和版本要求

操作系统采用Windows Server 2008,系统基于Microsoft SharePoint Portal产品与.NET技术构建

(2)其它计算终端操作系统和版本要求

3-4用户非操作系统软件配置要求(如浏览器、特定软件等)

(1)计算机非操作系统软件配置要求(需说明是否可提供相关软件下载服务)

·Office 2010版;

·IIS 6.0及以上(可提供免费下载)

·.Net Framework3.5sp1(可提供免费下载)

·SQL Server 2005/2008 中文企业版

·Siverlight4.0(可提供免费下载)(2)其它计算终端非操作系统软件配置要求(需说明是否可提供相关软件下载服务)

3-5用户硬件配置要求(如主频、内存、显存、存储容量等)

(1)计算机硬件配置要求

2个英特尔® 至强® E5-2650(8 核、2 GHz、20 MB、95 瓦);2块 HP 300GB 6G SAS 10K rpm SFF(2.5 英寸)硬盘; 16GB (1x16GB) 双面 x4 PC3L-10600 (DDR3-1333) Reg CAS-9 LP 内存;

(2)其它计算终端硬件配置要求

主机:8200 Elite MT/New core i5-2400(3.1G/6M/4核)/4G(2*2G)DDR3 1333/500G(SATA)/GF405(512M)/;

显示器:LE2202x (21.5"宽屏16:9 LED

3-6用户特殊外置硬件要求(如可穿戴设备等)

(1)计算机特殊外置硬件要求

      

(2)其它计算终端特殊外置硬件要求

     

 4.实验教学项目技术架构及主要研发技术

指标

内容

系统架构图及简要说明

实验教学项目

开发技术(如:3D仿真、VR技术、AR技术、动画技术、WebGL技术、OpenGL技术等)

 

3D仿真,VR技术,动画技术,实验数学建模技术,组件开发技术

开发工具(如:Unity3d、Virtools、Cult3D、Visual Studio、Adobe Flash、百度VR内容展示SDK等)

Unity3D ,Visual Studio,WPF,3d Max,Adobe Flash,Matlab , Origin

管理

平台

开发语言(如:JAVA、.Net、PHP等

.Net

开发工具(如:Eclipse、Visual Studio、NetBeans、百度VR课堂SDK等

Visual StudioWPF

采用的数据库(如:Mysql、SQL Server、Oracle等

SQL Server 2008

    5.实验教学项目特色

(运用信息技术开展教学理念、教学内容、教学方式方法、开放运行、评价体系等方面的特色情况介绍,不超过800字。)

一、教学理念:

虚拟仿真实验在物理实验、电工电子实验教学模式创新上可发挥巨大作用。它利用软件建模设计虚拟仪器,建立虚拟实验环境,学生可在这个环境中自行设计实验方案、拟定实验参数、操作仪器,模拟真实的实验过程,深化理解物理知识。目前核物理实验教学中,由于实验仪器复杂、精密、昂贵和具有一定的危险性,往往不能允许学生自行设计实验参数、反复调整仪器,这对学生剖析仪器性能和结构、理解实验的设计思想和方法是很不利的。计算机虚拟仿真实验可在相当程度上弥补物理实验教学上这方面的缺憾。

二、教学内容:

物理实验主要包含力热光电等领域的40个主要实验,知识点慨括全面,主要有:重力加速度的测量、热敏电阻的温度特性、导热率的测量、热电偶的特性和应用研究、分光计的应用、霍尔效应、偏振光的研究、法拉第效应等。

电工电子类实验主要涉及电路原理、模拟电路、数字电路、电工学等领域的30余个实验,相关知识点主要包括:基尔霍夫定理、叠加定理、单管放大、差动放大、三相交流电路的电压电流功率、变压器特性、异步电动机的启动和反转等

三、教学方式方法:

1、营造多元化的教学环境:利用仿真实验在网上开设开放实验,开设选修课程,开设实验作业等各种形式满足各种层次学生的求知需求,拓展视野,提高学生对实验学习的兴趣。

2、与真实实验相结合实现两段式教学:有些高端的实验采用了大型贵重仪器,也有一些调节难度大的实验,需要安排学生先做仿真实验,熟悉仪器操作和实验过程后再上真实仪器上操作,这样可提高真实实验的教学效果,缩短真实实验的时间,提高设备利用率和安全性。

3、仿真实验并用于真实实验提高实验教学效果:很多仪器都是黑匣子,学生不明白仪器的内部变化,不利于学生对实验原理和仪器原理的理解,仿真实验可帮助学生看到实验仪器的内部变化,了解仪器内部运行过程。而且对很多现象有解释,这样通过并用可大大提高教学效果。

四、开放运行:

安排教学任务-->学生通过选课系统选择实验项目课程-->利用预习系统在电脑上操作预习所选的实验项目-->虚拟仿真实验进行实验教学任务-->提交电子版实验报告并用考试系统进行实验操作在线考试-->网上教学环境进行在线师生互动答疑。

五、评价体系:

教师组织试题存入试题库并可调用试题库中的题目组成试卷,并拟定评分标准。系统可根据老师拟定的评分标准进行自动阅卷、统计成绩。教师可查阅系统评阅结果。计算机对虚拟仿真实验过程及结果依据设定好的专家评分标准进行计算机自动评判打分。

6.实验教学项目持续建设服务计划

(本实验教学项目今后5年继续向高校和社会开放服务计划,包括面向高校的教学应用计划、持续建设与更新、持续提供教学服务计划等,不超过600字。)

在总结仿真实验教学经验的基础上,组织本地区高校进行辐射推广,通过省物理学会开展观摩教学、教学研讨、并组织省内教师进行仿真实验教学培训。积极面向杭州市以及全国其他地区的兄弟院校和社会团体以多种形式共享虚拟仿真实验资源。进一步实现共享的计划与安排如下:

1)利用基于Web集群技术,构建教学资源共建共享的信息平台。探讨高校之间的实验资源的整合。

2)及时转化科研成果,增加创新性、研究性实验内容,完成正在开发中的3套(密立根油滴实验、导热率的测量、三相电路电压电流测量、)特色虚拟仿真实验,并预留接口,为今后进一步的开发完善做好铺垫。五年内,力争再研发2-3套具有我校学科专业特色的虚拟仿真实验项目。将这些特色虚拟仿真实验资源运用于实验教学,并且推广应用到其他高校,进一步提高实验室的辐射效果。

3)扩大在职师资的实验能力培养,建设虚拟仿真实验科普基地,探索基地实践与本科教学的有机结合,培养一专多能的师资。

4)加强与国内同行的交流,五年内组织或主持12次虚拟实验教学或管理的全省或全国性学术交流研讨会,扩大本实验室的示范及影响。

   7.诚信承诺

 

本人已认真填写并检查以上材料,保证内容真实有效。

                      实验教学项目负责人(签字):

                                             年    月    日

8.申报学校承诺意见

本学校已按照申报要求对申报的虚拟仿真实验教学项目在校内进行公示,并审核实验教学项目的内容符合申报要求和注意事项、符合相关法律法规和教学纪律要求等。经评审评价,现择优申报。

    本虚拟仿真实验教学项目如果被认定为“示范性虚拟仿真实验教学项目”,学校承诺将监督和保障该实验教学项目面向高校和社会开放并提供教学服务不少于5年,支持和监督教学服务团队对实验教学项目进行持续改进完善和服务。

    (其它需要说明的意见。)

  主管校领导(签字):

                                     (学校公章)

                                             年    月    日

 

 

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