实验科学与技术

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梁淑彩, 廖晓燕, 刘毅

实验科学与技术. 2024, 22(04): 1-6.

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基于绿色分析化学理念，设计了液液微萃取-高效液相色谱（HPLC）法测定水中磺胺类药物的实验并应用于本科实践教学。实验中采用较少的萃取溶剂对样品进行前处理，色谱分离时选用乙醇作为绿色有机流动相，通过优化萃取和分离条件，建立了一种液液微萃取-高效液相色谱联用分析水样中磺胺类药物（磺胺胍（SG）、磺胺嘧啶（SD）、磺胺间二甲氧嘧啶（SDM）、磺胺甲噁唑（SMZ）和酞磺胺噻唑（PST））及其常用配伍药甲氧苄啶（TMP）的新方法。其结果表明测定各药物的线性范围分别为10～1 000μg/L(SG、SD、SDM及SMZ)、100～1 000μg/L(TMP)和50～1 000μg/L(PST)，检测限在50～100 ng/L(S/N=3)之间。对湖水样品进行测定，加样回收率在93.6%～105.2%之间。该实验立足于分析化学前沿且难易适中，可以作为化学、药学和环境等专业高年级本科生的研究性实验，有利于学生提高创新能力、低碳意识及综合素质。

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满足试样内部环境参数测量的试样制备模具设计

张朝鹏, 李怡航, 刘洋, 艾婷, 任利, 刘小玲, 张岚斌

实验科学与技术. 2024, 22(04): 7-12.

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随着深部资源开采和深地空间利用等工程活动的日益普遍，岩土工程面临越来越多复杂环境下岩石力学问题和挑战，亟须开展高温高压原位环境下的岩石力学测试研究，要求岩石力学测试具备更为准确和更多维度的数据测量采集能力。为此，该文开发设计了一种满足试样内部环境参数测量的试样制备模具，并形成了一套内置传感器及其信号传输通道的浇筑方法，最终制备出若干内置温度传感器及其信号传输通道的混凝土试样，且内置传感器通过导线信号传输正常，表明该试样制备模具能满足试样内部环境参数测量的试验要求。该试样浇筑模具操作方便简单，预设传感器位置可调，且可配套多种内置传感器使用，具有较强的操作性、可行性和适用性。该装置的开发和使用将有利于更多高精度多维度岩石力学测试的顺利开展。

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硅像素探测器X射线探测效率实验研究

刘军, 杨晨飞, 李胜泰, 袁强, 金恺, 孙向明

实验科学与技术. 2024, 22(04): 13-18+40.

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X射线探测器经历了气体探测器和闪烁体探测器时代，进入了半导体探测器时代。作为一种新型的半导体探测器，硅像素探测器具有分辨率好、探测效率高、时间响应快、功耗低等特点。为了研究硅像素探测器X射线探测效率，设计了一套X射线探测系统，并进行了实验研究。实验分别测试了4.51、5.41、6.40、8.05 keV共4种不同能量的X射线的探测效率。后期进行了误差分析和数据处理，得到4种不同能量X射线正面入射时探测效率分别为53.00%、51.56%、40.65%和29.91%。该实验研究为寻找高探测效率的X射线探测器提供了一种新的思路。

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平直翅片管式捕水器换热性能实验研究

陆方瑀, 盛健, 周志钢, 张华

实验科学与技术. 2024, 22(04): 19-24.

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为研究平直翅片管式捕水器换热性能，设计了一种真空捕水器实验系统，并对其换热性能进行测试，系统运行约450 s，真空室内的模拟热源温度从80℃降至25℃，凝结水量约2.9 kg。实验结果表明：蒸发动力越高，水蒸发越剧烈；捕水器凝结水蒸气的峰值制冷量为45.0 kW，峰值传热系数约为53.68 W/（m²·K），平均传热系数为38.34 W/（m²·K）；相比光管折流板式捕水器，平直翅片管式捕水器所需冷却时间缩短17%，凝结水量提高7.41%。

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“新工科”背景下电气工程专业课程实验教学改革研究

赵建勇, 于彦雪, 吴敏, 年珩, 孙丹

实验科学与技术. 2024, 22(04): 25-33.

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新工科建设背景下，为满足电气工程专业课程实验教学体系改革优化的需求，该文首先对电气工程专业实验教学现状进行分析，总结当前实验教学中存在的问题和不足，并分析实验教学的发展趋势；然后针对实验教学内容、实验平台、教学模式、实验室管理、评价体系探究改革方向和措施；最后以电力电子探究性实验教学为例，介绍各改革方向在浙江大学电气学院专业实验教学中的应用案例，从而为电气工程类专业课程探究性实验教学改革提供理论和实践参考。

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生物医学工程跨学科综合实验教学实践

常向荣, 周杰, 邓维礼

实验科学与技术. 2024, 22(04): 34-40.

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结合生物医学工程专业多学科交叉特点，探讨了通过综合实验教学设计进行融会贯通教学。在实验组织上采用“项目式”实验，在实验内容上实现多元化综合设计。以“导电水凝胶材料在柔性电子及人体中的应用”为主题，设计了导电水凝胶制备、材料性能表征、柔性电极体表电信号检测及基于Python生理信号分析系列综合实验，构建了“医用材料+”实践教学。实验安排跳出章节内容实验设定的局限性，体现了生物医学工程学科的融合交叉，有效拓展了专业教学的深度和广度。

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项目制驱动的医工融合工程实践课程体系研究与实践

陈依桐, 陈建, 朱鲁闯, 王杰, 伍剑波

实验科学与技术. 2024, 22(04): 41-46.

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医工融合是新工科建设的重要发展方向，医工融合工程实践课程体系建设是实现培养高层次医工交叉型人才的重要一环。该文基于新时代卓越创新人才培养需求，研究与实践项目制为驱动的医工融合工程实践课程体系。医工融合工程实践课程体系以解决临床医学工程问题为目标、贯通式医工融合创新项目为驱动、医学工程创新思维为先导、全过程实践为主线、工程创新能力培养为核心、多元化双主体评价考核为闭环，通过医工学科交叉融合的创新实践教学模式，完成学生知识、能力、实践、创新、劳动等一体化培养，全方位提升学生的自主学习能力、实践能力、理论基础、团队协作、创新和沟通表达能力。

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“新工科”背景下机电系统控制实验课程改革与实践

李小鹏, 苗志怀, 王彬彬, 李洪泉

实验科学与技术. 2024, 22(04): 47-53.

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针对当前机电系统控制实验课程的教学现状，结合“新工科”多元化、创新型卓越工程人才的培养新要求，构建了“强基础、重分析、知识过渡、创新设计”的多元化机电系统控制实验教学体系，建立了以前沿科技激发兴趣，学生独立设计与思考，教师辅助指导与启发，多平台资源并用的多维度实验教学模式，形成了全方位、多角度、综合性强的实验教学评价体系。通过对该实验课程的改革与实践，增强了学生学习积极性，有利于学生对控制知识的深刻理解和掌握，并进一步提高了其学以致用和科技创新能力。

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混合式教学模式下提升验证性实验“两性一度”的探索与实践

胡绍彬, 郭玲玲, 刘小双

实验科学与技术. 2024, 22(04): 54-58.

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以地层油高压物性测定实验为例，开发数字化教学资源、建设网上虚拟课堂。利用线上线下混合式教学突破实验教学时间和空间的限制，拓展实验内容，涵盖了地层油取样、配样、转样、测试及分析等全过程的系统知识，并紧跟石油工程领域前沿研究热点引入部分CO₂驱油和封存机理研究内容，将原验证性实验改进为探究性实验。构建以学生为主体的翻转实验教学模式，在课前、课中及课后多个环节实施“教师+学生”“过程+成果”“常规+拔高”相结合的多元成绩评价机制。这些举措有效地解决了传统实验教学中存在的一些不足，提升了验证性实验的“两性一度”，提高了石油工程实验课程的含金量。

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“无线通信原理”实践课程设计

陈平平, 苏宠宠, 郭里婷

实验科学与技术. 2024, 22(04): 59-65.

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针对现有教学以课堂授课为主要形式的状况，该文对“无线通信原理”的实践课程设计进行了讨论。该课程以二维图像为输入输出的通信系统作为实验对象，该系统涵盖信源编码、信道编码、调制解调和信道等模块。通过学生自主设计，深化对信息传输基本流程和不同信道影响的理解，同时提高实践能力。相对于传统实践课程，该实践课程更注重整个通信系统的设计，并引入5G时代先进的低密度奇偶校验码技术，加深学生对通信系统的理解，并对传输性能有直观的体验，为无线通信实践型人才培养提供新思路。

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工程训练一流课程建设中塑性加工实训模块教学的探索与实践

张红哲, 薛冰, 梁延德, 钱希兴

实验科学与技术. 2024, 22(04): 66-70.

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金属冷塑性成形在工业制造中的应用十分广泛，对社会多个行业和领域的发展起到了重要作用。目前高校工程训练课程中关于金属冷塑性成形的加工实训内容，普遍存在内容偏少或缺失、知识点不完整以及教学方式单一等问题。为使学生在工训课程中掌握相关内容，设计了“金属盒制作”项目，利用学习通网络平台和自主开发的视频互动网络平台，采用线上线下混合式教学模式实施，以全过程评价、师生共评，实现了对学生知识、能力、素质一体化的培养。

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板钛矿TiO₂/Cu₂O异质结光催化CO₂还原的综合性化学实验设计与教学实践

程刚, 陈章静, 熊金艳

实验科学与技术. 2024, 22(04): 71-78.

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设计了板钛矿TiO₂（B-TiO₂）/Cu₂O复合材料在光催化CO₂还原应用方面的综合性实验。分别合成了板钛矿TiO₂（B-TiO₂）、Cu₂O及其B-TiO₂-Cu₂O复合材料。通过X射线粉末衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和紫外-可见漫反射光谱（DRS）对材料的组成、结构和光学性质进行分析，通过气相色谱法对复合材料光催化CO₂还原性能进行了定性定量分析，并且研究了B-TiO₂与Cu₂O界面p-n异质结的形成对光催化CO₂还原活性的促进作用。该综合性实验课与科学前沿紧密及社会生活紧密结合，激发了学生对实验探索的兴趣，锻炼了学生的文献调研和动手实践能力，可作为大学本科生应用化学三年级的综合实验教学内容，为毕业论文的教学工作开展奠定了基础。

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依托大型科研仪器开展创新型本科实验教学的设计与研究

操媛, 邹飘, 严霜

实验科学与技术. 2024, 22(04): 79-83.

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大型科研仪器是先进科学技术的体现，是培养创新型人才的重要基础条件和硬件保障，是开展高水平实验教学的宝贵资源。为促进创新型研究人才的培养，拓展生物医学本科实验教学内容，该研究设计了一套依托流式细胞仪开展的本科实验教学的具体方案，针对经典的“细胞增殖/细胞周期”问题，分别设计两个不同原理的流式细胞术进行对比实验。实践表明，依托流式细胞仪开展对比实验教学，能加深本科生对大型科研仪器的了解，培养学生扎实的动手能力，激发学生的创新性思维和科研热情。

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植物蛋白的亚细胞定位观察虚拟仿真实验

韩青, 张大伟

实验科学与技术. 2024, 22(04): 84-89.

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为实现实验教学数字化建设与生物学拔尖创新人才培养的有效融合，解决植物蛋白的亚细胞定位观察传统实验存在的实验成本高、精密仪器台套数不够、学生动手能力不足等问题，利用虚拟仿真技术开发了中英双语教学的植物蛋白的亚细胞定位观察虚拟仿真实验。该虚拟实验教学资源涵盖了拟南芥原生质体的制备、聚乙二醇介导的原生质体转化、荧光显微镜观察分析荧光蛋白定位等实验内容，打造了场景化、沉浸式与交互式相结合的实验教学新模式。通过在本科实验教学中的应用，加深了学生对蛋白质功能研究实验技术的认识，完善了普通生物学实验课程体系，实现了科研实训与实验教学的融合，培养了学生的创新能力、科研素养和国际竞争力，是传统实验教学的有效补充。

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计算机网络一流课程实验教学体系优化设计与实践

李国佳, 郭鸿奇, 李秀芹

实验科学与技术. 2024, 22(04): 90-95+119.

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针对计算机网络实验教学存在的不足，设计了专业性实验、进阶性实验和综合创新性实验“三阶”式的课程实验教学体系，提升教学内容“两性一度”，实验内容全面支撑解决复杂工程问题能力的培养目标。通过渐进式实验教学组织和多维立体综合评价的教学实践，证明新实验教学体系对提升学生解决复杂工程问题的能力具有良好的促进作用。

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土壤肥料学综合性实验设计

杨爽

实验科学与技术. 2024, 22(04): 96-100.

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以雅鲁藏布江中游河谷地带主要的农田土壤类型——冷棕钙土为实验对象，将土壤肥料学的主要实验项目进行系统整合，设计成综合性实验。通过科学的综合性实验设计，学生不但可以掌握土壤主要理化指标的测定方法、分级标准、相互关系，还可以根据土样实测数据，探讨冷棕钙土的农业生产性状，为当地农业生产实践服务。此综合性实验设计将教学、科研、生产实践成功相结合，既训练了学生的实验操作技能，又提高了学生的综合分析能力，取得了良好的实验教学效果。

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天然气水合物泥浆制冷传热效率优化实验的设计与实践

曲莉莉, 贾瑞, 王元, 刘卫卫, 赵帅

实验科学与技术. 2024, 22(04): 101-107.

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冻土天然气水合物在钻探取心过程中极易因为温度升高而发生分解，因此需采用泥浆制冷系统将钻井泥浆的温度控制在0℃以下，抑制水合物的分解。换热器是泥浆制冷系统的核心设备，选择合适的换热器结构是获得低温泥浆的关键。该文通过室内实验研究3种换热器结构的换热效果，以泥浆出口最低温度、进出口温差以及换热功率3个关键参数作为指标，评价3种换热器的换热效果。结果显示螺旋折流板换热器能够获得最低的泥浆出口温度为-2.1℃，进出口温差达到4.1℃，具有良好的换热效果。最后针对换热器关键工艺参数及泥浆制冷系统关键设备的选型提出了指导性意见。

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比较教学法在红外光谱分析实验教学中的探索与应用

况婷, 罗海健, 宋琳琳, 柯丁宁

实验科学与技术. 2024, 22(04): 108-112.

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紧密结合实验特性和教学目的，提出将比较教学法应用于实验课堂，深入探讨了其在红外光谱分析实验教学中的应用与实践。通过实施这种教学方法，学生不仅能深入理解透射法与衰减全反射红外光谱分析法的异同点，而且能掌握这两种方法的实际应用技巧。实践表明，比较学习法有效推动了高分子材料分析实验的教学改革和质量的提升，有助于强化学生实践操作能力，激发他们的科研兴趣，为培养未来的科研人才奠定坚实基础。

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复合材料双真空成型装置的设计与实现

路鹏程, 王志平

实验科学与技术. 2024, 22(04): 113-119.

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专业实验实践教学是人才培养过程中知识综合运用和创新能力培养的重要手段，通过自主设计和研制实验仪器设备对提高实验实践教学水平和科学研究具有重要的作用与意义。该文根据专业特色设计实现了一款航空复合材料结构制造及修复的双真空成型设备，包括双真空机械结构设计、温控系统、真空系统和监测系统，能满足航空制造标准要求的复合材料结构制造和修复成型，能承担复合材料科学与工程专业主要实验实践项目，具有安全可靠、操作简单、成本低等特点。该设计解决了复合材料成型设备因成本高、特种设备、多为大型工业贵重设备等原因无法实现教学和科研等问题，可以充分发挥学生的主观能动性、提高学生的动手能力，从而使学生能够在实验实践中灵活运用所学知识。

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一种基于半导体的光伏发电系统冷却装置研究

原晓楠, 刘羽霄, 黄汉骐, 刘文宇, 李永强

实验科学与技术. 2024, 22(04): 120-125.

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随着新能源的发展，光伏发电得到不断的推广应用，但目前光伏发电系统仍存在散热冷却不足导致发电效率低的问题。该文综合对比多种光伏发电系统散热冷却方法，设计了一种基于半导体散热原理的光伏发电系统冷却装置，基于珀尔帖元件制作散热冷却模块，脉冲宽度调制信号与金属-氧化物半导体场效应晶体管相结合实现散热冷却模块的功率控制，设计增量比例-积分-微分算法实现系统的反馈调节，基于MATLAB设计人机交互界面便于系统智能调控，通过模拟测试与实物测试相结合，发现在设定冷却温度为18℃的条件下，装置能够将光伏板表面温度波动幅度保持在1℃以内，对光伏发电系统发电效率的提升具有重要意义。

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生物学实验中心安全闭环管理的路径构建

刘细霞, 车婧, 冯斌, 洪文, 陈亮, 侯建军

实验科学与技术. 2024, 22(04): 126-131.

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生物学实验教学中心实验室承载着大量实验教学活动，具有参与人数多、流动性大、人员安全意识薄弱、开放共享、课程种类多等特点，是极易引发实验室安全事故的教学场所。为保证生物学实验教学中心实验室全生命周期安全、高效运行，提出从危险源管理、实验室安全检查、实验室人员管理、实验室安全教育、实验室生物安全、实验室危化品安全、实验室废弃物安全、实验室安全事故处理办法8个方面，构建一套符合生物学实验教学中心实验室安全“流程化+闭环”管理的实施路径，为生物学实验中心安全管理提供方法指导。

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现代科技赋能大型仪器室安全管理

陈睿

实验科学与技术. 2024, 22(04): 132-136.

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对于价格昂贵、设备精密、维修成本高、开放程度高、送样人员流动性强的大型精密设备，如何实现其高效且安全的管理一直是值得高度重视的工作。南开大学材料科学与工程学院大型仪器平台（以下简称大仪平台）针对大型仪器室“设备高精尖、维护贵繁细”的特点，经过多年的不断摸索和循序执行，在规范传统大型仪器管理方式的基础上，利用现代信息化手段，在实践中逐渐探索出具有普适性的大型仪器室管理方案，即“区域协同，虚实结合、远程协助、联防联控”。基于以上安全管理实践，数年来该平台高效开放共享，为高素质人才培养、高水平科学研究和“双一流”学科建设提供了有力支持。

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基于CMA认证构建实验室安全体系研究

王贞, 熊祖钊, 道维丽

实验科学与技术. 2024, 22(04): 137-141.

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分析测试中心作为公共科研与教学服务的实验室平台，存在着人员流动大、测试量多、安全风险高的特点，测试中心的安全管理对于学校和社会的稳定至关重要。基于CMA认证中实验室安全的标准及要求，依托高校大型仪器设备共享平台，围绕实验室安全管理机制、实验室标准化工作、安全教育和准入制度等方面开展了一系列工作，以此来优化测试中心的安全管理体系，保障了实验室稳定高效且安全的运行，为实验室安全建设提供一些参考与借鉴。

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高校大型仪器公共技术平台考核评价的探索与思考

滕琪, 刘淑云, 王文君, 焦丽媛, 傅柏栋, 占金华, 吕国凯

实验科学与技术. 2024, 22(04): 142-147.

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大型科学仪器是前沿科学研究、高层次人才培养以及社会服务的重要资源，提升大型科学仪器的使用效益至关重要。该文结合山东大学大型仪器公共技术平台现状，归纳总结了目前平台绩效管理中存在的问题，以期通过对平台考核评价的探索与思考，实现对平台考核评价体系的初步搭建，进一步助推高校大型仪器公共技术平台建设，提高大型科学仪器资源的使用效益。

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基于CiteSpace的国内实验室安全领域研究图谱分析

王建芳, 余红宴, 黄雷, 李杨阳

实验科学与技术. 2024, 22(04): 148-155.

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为了解国内实验室安全领域的研究进展，通过运用CiteSpace 6.2.2对来自中国知网（CNKI）数据库的自1995—2022年的5 585篇中文期刊文献进行可视化分析，结果表明：在过去的28年里，实验室安全领域研究经历了孕育期、萌芽期、缓慢增长期和快速增长期，发文量和文献累计量几乎与国内实验室建设和发展历程一致；作者与作者之间，机构与机构之间合作不是很紧密，研究力量还比较薄弱；研究学者和机构以“211工程”和“985工程”高校居多，并且大部分作者是从事与实验室和设备管理相关的行政岗位工作人员；不同时期的研究热点不同，呈现出明显的分流和层次递进，且主要与有社会影响的安全事件相关联。

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智能建造实训实验室的建设与管理研究

涂秦川, 付佩

实验科学与技术. 2024, 22(04): 156-162.

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智能建造技术在现代土木工程项目管理中发挥着重要作用，将成为未来土木工程技术升级的重要方向之一。在高校土木工程本科教学过程中，实验与实训是非常重要的教学环节。该文以湖北工业大学智能建造实训实验室为例，将本科实验教学与专业实训进行有机结合，通过现代化云平台系统进行科学管理和合理配置，既能实现本科实验教学的基本功能，又能通过实训来培养大学生的实践应用及创新能力。通过实验教学与实训竞赛协同发展的模式，探索土木工程实验教学体系的优化，提升高校实验室的兼容性并促进协同发展，实现实验室功能的多元化和全面化。

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2024年, 第22卷, 第04期　
刊出日期：2024-08-28

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