1、实验方案设计思路
以服务国家战略和区域地方经济人才需求为核心,以激发学生的学习主动性和探究性为出发点,以提升学生的工程实践能力和创新精神为目标,以电磁波吸收材料合成、表征和性能测试为例,采用多技术支撑,突破时间与空间的限制,开展电磁波吸收材料生产及性能测试虚拟仿真试验。
① 采用可视化的开发和仿真技术,对电磁波吸收材料生产及性能测试环节所需仪器设备进行认知,突破了真实实验空间场地的局限。
② 利用三维仿真技术真实展现电磁波吸收材料及性能测试过程,展示每个环节设备的使用及工作原理,实时观测产品的变化,打破生产周期长的限制。
③ 利用可视化、动画等技术动态展示性能测试环节各流程蕴含的物理机理,如合成过程、电磁波吸收材料分级、X射线与物质相互作用等过程,对微观不可见过程进行虚拟仿真,化微观为宏观。
通过以上三方面的设计,相对于课堂教学以及工厂实习,电磁波吸收材料生产及性能测试虚拟仿真实验虚实结合、技术先进,实用性强,能够更全面、多角度真实反应 电磁波吸收材料产品的生产及性能测试过程,有利于加深学生对知识点的理解,提升其工程实践能力和创新能力。
2、教学方法创新
项目采用理论学习与实验实践相结合、虚拟仿真与现场实验相结合、体验式实验与互动交流相结合、宏观展示与微观可视相结合的教学方式,坚持“虚实结合、能实不虚”的原则,在课堂理论知识初步讲解的基础上,通过虚拟实验建立感性认知,虚拟仿真实验实现电磁波吸收材料生产及性能测试的真实展现,增强学生对课堂理论知识的进一步理解和认识,培养学生的工程实践能力和创新能力。将虚拟实验课程与传统课程相结合,做到“虚实结合”的教学方法,以学生为主体。实验中设计了实验认知、生产实验、性能测试实验等人机交互环节,在虚拟实验过程中通过动画、视频演示的方式教授实验内容,突破现实制约实现多方案学习,突破传统教学实现创造性学习。
3、评价体系创新
构建综合评价系统,最终成绩根据基于过程的评价方式,分为实验过程(50%)、实验报告(40%)、互动学习(10%)三个环节考核。实验环节要求学生通过平台上传的资料来提前预习相关实验理论知识、实验注意事项,对整个实验流程具有完整的理解并掌握,考核学生在实验教学中的参与性、主动性和动手能力;理论部分通过填空、选择、判断、分析等多种形式的题型考查学生对基础理论的掌握程度;实验报告环节考查学生实验报告的完整性和正确性以及学生的学习态度,鼓励学生在试验报告中讨论理论联系实际的问题;互动学习环节通过学生是否在平台留言区进行实验心得交流或是否提出有效问题及答案来评定。
采用操作过程打分和实验报告主客观相结合进行综合打分,计算机按照学生实验操作规范进行客观打分,提交阶段习题和实验报告,指导老师根据习题和实验报告内容给定一个分数,两部分结合作为最终实验成绩。采用综合评价系统,有利于提高学生学习热情,在掌握实验知识和实验技能基础上进行深入思考。
4、对传统教学的延伸与拓展
电磁波吸收材料生产及性能测试虚拟仿真实验,打破时间和空间的限制,突破对大型高压实验平台以及工业流水线的依赖,使学生可以在不受实验成本的限制下,安全、快速掌握电磁波吸收材料合成工艺,实现多次操作以及创新性设计。通过本项目的开展可以让学生在虚拟实验室中,充分掌握电磁波吸收材料合成技术的关键环节,了解电磁波吸收材料的合成过程,并掌握电磁波吸收材料性能测试环节和工艺,理论与实践深度结合,最终实现全面培养学生综合分析、探究创新能力的目标。
虚拟仿真实验可满足学生、教师、实验室管理人员、电磁波吸收材料生产从业人员等不同人群的需求;实验可实现人机相互、生生相互、师生交互等人性化的协同学习;项目可作为课堂教学知识点巩固、提升与拓展的辅助手段,也可作为认识实习和生产实习的辅助手段和补充。本项目还面向全国开设材料专业的高校以及电磁波吸收材料生产厂商等进行开放共享,对从业人员进行专业培训和科普宣传。