实验科学与技术

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林晓冬, 梁雪, 李毅丰, 陈文霞, 鲁波, 李强

实验科学与技术. 2024, 22(05): 1-6+27.

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聚焦离子束-扫描电子显微镜（FIB-SEM）双束系统因具有定位精准、加工精度高等优点，被广泛用于微纳尺度样品的高质量制备，如定点截面加工、纳米图形加工、透射电子显微镜（TEM）和三维原子探针样品等。然而，随着TEM原位表征技术的发展，对样品的制备提出了更高的要求。其中，TEM原位加热样品由于受加热芯片几何形状的限制，在样品的提取、转移和减薄等工序上具有较高的技术难度。利用FIB-SEM双束系统，在传统TEM样品制备工艺基础上，通过合理改进制备流程和参数，调整样品提取和减薄顺序，并配合低电压清扫工艺，成功制备了可用于原位加热和表征的TEM样品。

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光学运动捕捉实验中参考相机的选择方法研究

杜海, 孟娟, 熊伟, 崔丽飞

实验科学与技术. 2024, 22(05): 7-13.

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针对运动捕捉实验过程中多目视觉系统的标定优化问题，通过对摄像机参数估计过程的误差分析，探索了参考相机的选择对于光束平差迭代计算的影响，并在此基础上提出了一种Q值评测方法，该方法运用有权无向图获得相机节点之间的最短连通路径，利用反投影误差和均方差的加权平均值来评估参考相机选择的合理性。在实验中，使用了多台摄像机组成多目视觉系统对所提出的参考相机选择方法进行了验证。实验结果表明，所提出的Q值评测方法是有效的，可进一步提高系统标定的精度，对运动测试实验精度控制具有重要的参考价值。

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Hg²⁺光热传感实验的设计与实践

蒋忠伟, 张小容, 高艺桓, 陈邹, 王燚

实验科学与技术. 2024, 22(05): 14-19.

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以问题导向学习（PBL）设计了基于温度信号的Hg²⁺光热传感综合教学实验。在该教学实验中，学生首先基于机械化学，采用湿法研磨策略，制备了具有高光热转换效率的CuS纳米颗粒（CuS NPs），而后基于CuS NPs与Hg²⁺的沉淀置换反应诱导的CuS NPs分散液的光热信号变化实现了环境水样中Hg²⁺的检测。将Hg²⁺光热传感的科研成果融入实验教学环节，探讨本科化学实验的创新教学设计理念，实现了以科学研究思维来指导设计大学化学创新实验，有助于系统全面地培养学生发现问题及解决问题的能力，同时将有效提升学生的基础知识综合利用与实践创新能力，促进高校本科实验教学改革。

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基于FMQL的多通道数据采集实验平台设计与实现

马文建, 张毅果, 陈凯, 盛瀚民, 周文建, 陈世龙

实验科学与技术. 2024, 22(05): 20-27.

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为丰富电子信息类实验课教学内容，提高学生的系统工程能力，激发学生的学习热情和探索潜能，设计了一种基于FMQL的多通道数据采集全国产化实验平台。该平台利用集成FPGA和ARM的FMQL系列片上系统(SoC)芯片作为处理器，采用内部高级可扩展接口(AXI)总线实现采集数据的高速传输。通过该实验平台，使学生深入理解FPGA+ARM的体系架构，培养学生的软硬件协同设计与分析能力，引导学生认识信息技术自主可控对国家安全的重要性与紧迫性，推进新工科挑战性学习与研究型教学体系的建设与改革。

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基于Vivado和Nexys4 DDR的音乐节拍器电路设计

张典, 熊翘楚

实验科学与技术. 2024, 22(05): 28-33.

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数字逻辑实验作为计算机科学与技术专业中的一门核心实验课程，是培养学生计算机基础和编程能力的重要环节。针对传统数字逻辑实验门槛高、成本高、实验效果不够理想的问题，提出了基于Vivado软件与Nexys4 DDR实验板相结合的实验模式，分析了该实验模式如何解决传统数字逻辑实验中的问题。该文以音乐节拍器实验为例，介绍了实验原理、实验内容、实验过程及实验结果等，揭示了该实验模式所具备的配置简单、性能优越等特点，以及在提高实验效率，增强学生参与实验积极性方面发挥的较大作用。

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基于智能虚拟生产车间的机械制造课程群教学实践

姜晨, 叶卉, 杜宝江, 吴薇, 高大威

实验科学与技术. 2024, 22(05): 34-39.

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在机械制造类课程中，由于大型装备制造环境危险且工艺复杂，导致学生难以利用实体设备或实际生产制造车间开展实物实验，极大限制了学生工程实践能力的提升。基于此，该文建立了面向机械制造课程群的智能虚拟生产车间和虚拟仿真实验教学方法，通过WebGL技术标准建立可交互操作的涡轮发动机叶轮全自动加工虚拟车间，并在此基础上开发与实体数控机床、机械手、AGV运输小车等实验设备对应的虚实融合接口以及机械制造与控制实验功能，形成虚拟仿真实验教学软件，供机械类相关课程理论与实践教学使用。相关成果已应用于多门机械制造类课程教学中，学生专业知识水平和工程应用能力提升显著，教学效果良好，证明了该实践教学方法的合理性与实用性。

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表面络合物分子模拟实验教学设计

陈素霞, 张姿琪, 赵志西

实验科学与技术. 2024, 22(05): 40-46.

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针对化工过程模拟教学过程中存在的问题，将二甲基胂酸表面络合物分子模拟引入到课堂教学中，系统论述了分子模拟教学实施过程中的教学目标、教学内容、教学形式、课程思政、教学评价等环节，助力化工过程模拟一流课程建设。通过对分子模拟教学实践的研究发现，微观结构的具象化、可视化能够提高学生对分子结构的认知，加深对化学反应机理的理解。分子模拟教学拓展了课堂教学内容，培养了学生的探索性思维能力，能有效提高学生化学素质，体现了课程高阶性。分子模拟教学运用小组汇报和讨论教学模式，使学生接触学科发展前沿，具有较强创新性。分子模拟教学对学生学习能力和教师教学能力有较高要求，充分体现课程挑战度。

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基于TRIZ创新法构建CIPP型实验教学评价体系

崔孝玲, 冯辉霞, 张德懿, 王鹏

实验科学与技术. 2024, 22(05): 47-52.

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实验教学在工程应用型人才的培养中发挥着重要作用。传统的实验教学评价体系存在目的不明确、指标不全、评价方式单一等问题，降低了评价的质量和效果。整合“发明问题解决理论”（TRIZ）创新思维分析工具和解决问题工具，将其融入背景、投入、过程与成果（CIPP）评价模式的各个环节，形成基于TRIZ创新法的CIPP型实验教学评价体系，对物理化学实验教学从多方面进行评价，并构建了多层次分级评价指标群。应用效果分析表明该评价体系可操作性强，方法更科学、全面，既有利于提高教学质量、促进师生创新实践能力和创新思维的共同发展，又推动了教育过程不断持续改进。

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植物病害智能识别APP开发及实践教学应用

孔令广, 李小芹, 李洋, 路冲冲, 姜咏芳, 张超, 丁新华

实验科学与技术. 2024, 22(05): 53-57.

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该文分析了传统植物病理实践教学存在的一些问题和弊端，利用卷积神经网络技术开发了植物病害症状和病原菌智能识别APP，并将之应用于实践教学，促进了学科交叉融合，丰富了教学内容，完善了实践教学评价体系。实践表明，植物病害智能识别APP在实践教学中效果显著，提高了学生的学习兴趣，便于学生个性化、精准化、自由化学习，有利于培养学生跨学科的创新思维和应用能力，为新农科复合型人才的培养提供了一种便利工具。

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面向设计模式融合的教学案例设计与实施

欧阳宏基, 吴粉侠, 葛萌, 张伟

实验科学与技术. 2024, 22(05): 58-64.

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为了使学生充分理解设计模式的重要性，做到在需求分析中识别设计模式并灵活应用，通过2次显性迭代和3次隐性迭代设计了一个融合建造者、抽象工厂、策略和外观设计模式的教学案例。首先阐述了案例的设计思路，然后详细描述了案例的教学迭代过程，最后根据案例分解了实验教学任务，并对案例教学效果进行了评价。实验结果表明，该案例能够激发学生学习设计模式的兴趣，提高了学生利用设计模式进行面向对象问题求解的能力。

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将多元技术引入船海专业核心实验课程的改革与实践

韩阳, 李若欣, 郭春雨, 汪春辉, 王超

实验科学与技术. 2024, 22(05): 65-69.

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基于船海工业近年来发展的大背景，面向社会对高校培养船海专业人才的需求，以船海专业培养过程中的核心实验课程为目标开展研究，并在哈尔滨工程大学开展将多元技术引入船海专业核心实验课程的改革实践。首先，通过虚拟现实技术构建船海专业核心实验课内容，将大型实验课程的设备、流程、效果全部虚拟化，即使不在实验场地也可以身临其境地体验实验过程，极大地降低了开展船海专业实验课程的门槛；其次，将科研用途的自研仪器用于教学实验过程中，不仅在实验教学中增加了先进技术，而且支持开展更多拓展实验，鼓励学生自主设计实验内容与方案；最后，通过实验建立多元技术引入的船海专业核心实验课程教学模式，增强船海专业核心实验课程的自主性与适用性，满足了专业核心实验课程改革需求，为船海专业核心实验课程改革提供指南。

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虚实结合的多元化实验教学研究

王春霞, 刘艳红, 杨凤

实验科学与技术. 2024, 22(05): 70-79.

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基于大型仪器设备开展的传统实验教学在软硬件配套和实践能力培养方面存在诸多限制，为提升实验教学成效，拓展知识面的广度与深度，虚拟仿真技术进入课堂。但虚拟实验操作利弊兼具，不能完全满足实验教学的目的。为寻求课程建设与人才培养的科学合理途径，以生物大分子表征及成像技术课程为例，通过采用虚实结合的模式，以虚拟仿真实验辅助现场实践教学，分设线上线下双重考核标准，让“多元化”体现在知识板块的组成以及教学形式的多样化上。此外，将平行对照实验引入实践教学环节，科学合理地分析数据、协同合作，实现人力与物力的资源优化，保障课程考核的公平有效。

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线上线下混合式教学模式在应用化学专业综合实验中的应用

刘琼, 唐佳乐, 章颖, 赵慧平

实验科学与技术. 2024, 22(05): 80-83.

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针对单纯线下实验教学模式开展专业综合实验存在预习资源有限、教学形式单一、实验操作演示不充分、学生学习被动等问题，该文以“溶剂热合成法制备缺陷型钨酸铋及光催化性能测试”综合实验为例，在应用化学专业实践线上线下相结合的实验教学模式。实践证明该教学模式能充分调动学生的主动性，为实验教学的改革提供有益的借鉴。

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全自动纤维分析仪测定饲料粗纤维实验设计

袁朋, 张连芝, 杨萍萍

实验科学与技术. 2024, 22(05): 84-88.

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饲料中粗纤维（CF）的含量是评定饲料营养价值的一项重要指标，传统的方法测量CF的操作步骤繁琐，测定结果准确度较低，不适合批量样品的分析。该文以粗纤维的测量为例阐述了全自动纤维分析仪使用操作流程以及仪器日常维护的技巧，并对实验开展的效果进行了探讨。结果表明，全自动纤维分析仪利用滤袋技术测量CF的含量是一种国际上公认的测量方法，具有自动化程度高、测量精度高等优点。

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布鲁姆教学目标分类理论下的液压传动与控制实验教学设计与实践

谷晓妹, 时连君

实验科学与技术. 2024, 22(05): 89-95.

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基于布鲁姆教学目标分类理论，以问题思维提升为导向，把综合性实验按照项目制教学法来完成教学设计。该文以比例溢流阀压力性能实验为例进行实验的全过程分析，由学生设计出可行的实验方案，包括液压系统原理图的设计、信号传输与控制系统的设计，拟定出可行的实验步骤、进行实验结果分析等。经过几年来的教学实践证明基于问题思维能力提升的教学理念有助于学生创新能力的提升。

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“智造时代”下培育核心素养的工程训练研究

昂阳, 高翔

实验科学与技术. 2024, 22(05): 96-104.

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为匹配智能制造时代对新工科工程训练课程提出的新需求，以培育工程人才的核心素养为主线，目标导向逆向设计三层递进的课程体系；以全生命周期持续改进思想重构教学过程，引导学生转换角色深度学习；配合多元化全过程的评价体系，达到培养综合型工程人才的目标，为新时代下的工程训练课程提供新思路和新路径。

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线上线下资源互补的实验教学改革与实践

秦淑芳, 王岗, 陶爱峰, 时健, 范骏

实验科学与技术. 2024, 22(05): 105-109.

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国家一流课程“海岸动力学”建设过程中开发了实验课程微信小程序。小程序具有丰富的实验素材，学生可以通过手机随时访问教学资源、观看演示视频和相关案例。在应用过程中增加了“国家级精品资源共享课”“江苏省在线开放课程”和“实验慕课”等资源访问入口，将课程资源进行整合，建立了以小程序为平台的课程资源共享，节省了学生跨平台访问跳转时间。实验课小程序应用两年来，通过与之前仅采用线下实验教学对比发现，微信小程序改变了学生对实验课的认知，从被动机械式的完成任务改变为主动思考、积极动手、互动交流教学模式的探索与实践，营造了海岸动力学实验课良好的教学氛围，增加了学生对海岸动力学课程的兴趣和认知，提升了学生的自主思考和创新实践能力。

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渐进阶梯式电子线路CAD实践课程改革

吴兴强, 王丹, 高耸, 席治俊, 牛晓龙

实验科学与技术. 2024, 22(05): 110-115.

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该文以汉口学院电子信息工程学院的电子线路CAD实践教学课程改革为例，介绍了近年来学院相关专业以提升学生创新实践能力为引领，采用渐进阶梯式方法对电子线路CAD课程的实践教学部分进行6大教学阶段和4大实践环节划分的举措。各阶段和环节之间渐进提升，在不断满足学生成就感的基础上激发学生向下一阶段探索的内生驱动力，在提高学生实践能力的同时，培养了学生的项目意识、团队意识以及独立思考、分析和解决问题等多方面能力。实践表明，该课程改革在提升实践教学质量上是一次成功尝试，有效提高了人才培养质量。

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能源动力类校企协同实践机制研究与实践

尚妍, 王璐, 刘宏升, 东明, 穆林

实验科学与技术. 2024, 22(05): 116-120+128.

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为了实现能源动力类卓越创新型新工科人才的培养目标，将新工科理念融入能源动力类校企协同育人实践环节中，建立了新工科理念下的校企协同育人管理运行机制，将创新实践与协同育人融会贯通，建立了“三段-四环节”的能源动力类实践教学体系，发挥校企协同育人在实践教学体系中的作用；修订了校企协同育人的实践教学内容，从实践项目、实践课程、竞赛指导三方面着手，突出了协同育人的综合性和系统性，切实将新工科理念与能源动力类校企协同相融合，对培养有创新理念、创新思维、创新能力的卓越创新型新工科人才有促进作用。

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OBE理念下专业课程设计的教学研究与实践

郑方燕, 刘园园, 郑永

实验科学与技术. 2024, 22(05): 121-128.

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课程设计是高校教学内容的重要环节，是提升学生专业素质、培养学生工程实践能力的重要途径。在工程教育专业认证和新工科建设的大背景下，从学校机械电子工程专业培养目标及课程设计教学现状出发，基于成果导向的教育理念，研究实践了专业课程设计教学内容及实施方式，以一个综合性的实践项目，将专业所需的知识体系即机械制造、电子技术、自动控制3个学科交叉融入一个实验内容。通过学生参与一个综合性项目开发的全过程，培养学生解决复杂工程问题的能力，培养知识与能力并举的创新型应用人才。

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基于FPGA的光纤声波传感实验装置

陈珂, 张广寅, 宫振峰, 陶鹏程, 梅亮, 王晓娜, 韩秀友

实验科学与技术. 2024, 22(05): 129-134.

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设计了一种基于光谱解调的光纤法布里-珀罗(F-P)声波传感实验装置，该装置主要由超辐射发光二极管（SLED）光源、高速光谱模块和现场可编程门阵列（FPGA）信号处理电路组成。单模光纤端面和声波敏感膜片之间的空气间隙构成光纤F-P腔，将声波信号转换为F-P腔长的变化量，利用FPGA对F-P干涉光谱信号进行高速采集，并对F-P腔长进行实时解调，实现对声波信号的高灵敏度探测。该实验教学装置涉及光纤传感、光学干涉、光电探测、FPGA和数字信号处理等诸多内容，适合于光电类高年级本科生的专业教学实验。

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基于可编程数据平面的实时传输技术研究

董智健, 蔡文龙, 汤泽康, 周舟, 陈美娟

实验科学与技术. 2024, 22(05): 135-141.

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随着人们线上业务的增多，在线教育、在线会议等业务对网络时延和抖动有了更高的要求，因此，该文基于软件定义网络（SDN）架构，在可编程数据平面使用P4语言设计了一种实时传输方案。该方案基于可变阈值机制，通过在可编程数据面上建立一种阈值反馈自调节机制，使优先级调度和重路由调度能适应网络波动，降低时延。实验结果表明，改进后方案在时延和抖动方面均有明显改善，提高了实时传输业务质量。

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基于亥姆霍兹共振测量容器容积的实验设计

张德厚, 刘彦民, 隗群梅, 周伟, 王龙

实验科学与技术. 2024, 22(05): 142-146.

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该文通过空气柱的振动力学分析，提出了基于亥姆霍兹共振原理测量小型容器容积的方法；并通过智能手机硬件和Phyphox软件的结合，完成了整个实验设计。实验分为声速C的验证、空容器容积的测量、定量注水后容器容积的测量3个部分。理论计算结果和实验测量结果对比后表明，该方法可操作性强，操作流程较为简便，测量精度较高，具有一定的启发性和应用前景，找到了一种测量小型容器容积的方法，同时还可以作为学生开展自主探究性实验及创新训练的资源。

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基于环境安全的实验室智能监控管理系统

葛镜, 张国平, 王宁宁, 汪馨童

实验科学与技术. 2024, 22(05): 147-152.

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高校实验室是开展科学研究和人才培养的重要场所，但近年实验室频发的安全事故对正常的教学科研工作带来了不利影响。为有效地进行实验安全管理，设计了一套实验室智能监控管理系统，能实现实验室环境全天候智能化的监测和安全管理。系统分为上位机和下位机两部分，上位机安装在办公室或其他场所，能远程监控实验室的各项环境参数并控制实验室的环境设备；下位机安装在实验室实时采集实验室的各项环境参数，并连接实验室的环境设备。系统采用基于ARM的芯片作为主芯片，选择了一系列适合的传感器采集环境参数，包括一氧化碳、二氧化碳、温湿度、漏水传感器等。该系统已在华中师范大学电工电子湖北省实验教学示范中心试用，试用期间运行正常，为实验室的管理工作带来很大便利。

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高校危险化学品安全管理风险评控

王永波

实验科学与技术. 2024, 22(05): 153-159.

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高校危险化学品的风险管理和控制是高校实验室安全管理工作的重点和难点。为分析和评估危险化学品的风险因素，从人、物、管理、环境、技术和其他共6个方面识别了127个风险因子，并筛选出41个较为重要的指标，建立了风险评价体系。考虑到各因素之间的相互影响，提出一种基于网络层次分析法（ANP）的指标模型。结果表明，管理因素被认为是风险管理中最重要的一级指标，其次是人的因素。在二级指标中，人员素质与安全意识(C₁₂)被赋予最高的权重，其次为危险化学品性质(C₂₂)、法律法规(C₃₆)、安全准入(C₃₂)、经费保障(C₂₁)等。结合权重结果，以贵州大学林学院实验中心为例，应用模糊综合评价法对其危化品管理进行了定量评估，并针对关键因素提出了具体的防控建议措施。

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2024年, 第22卷, 第05期　
刊出日期：2024-10-28

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