实验科学与技术

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李高翔, 黄晶晶, 潘鸿志, 刘潇

实验科学与技术. 2025, 23(03): 1-6.

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为提高学生对微电网的认知，设计并实现了基于dSPACE的微电网教学实验平台。该平台利用dSPACE控制器可以快速建立并完成各类控制算法的设计和验证，灵活搭配硬件电路，包括变流器电源模块、储能模块和负载模块，构建了适用于工程类实验教学的微电网实验系统。所设计的微电网教学实验平台使用模块化设计，提高系统组件的可扩展性与设计灵活性；所搭建的微电网拓扑结构灵活可变，学生可根据需要对平台进行二次开发。该平台可有效锻炼学生软、硬件设计和控制算法设计的能力，加深对微电网运行机理、控制方式的理解，提高创新实践能力。

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基于多种传热方式的热传导实验课程设计

幸文婷, 戴勇峰

实验科学与技术. 2025, 23(03): 7-12.

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工程传热学是研究工程应用中热量传递规律的科学，它以热力学第一定律和第二定律为基础，利用一些实验规律来研究热量传递的速率，实验环节对该学科至关重要。为加强学生对传热过程的理解，掌握传热学理论的核心知识点，开设了基于多种传热方式的热传导实验课程。课程内容包括轴向热传导实验、径向热传导实验、肋片热传导模拟实验以及气/液体热传导实验。应用实践表明，该实验课程内容丰富，综合性较强，有效地提高了学生的动手能力和工程实践能力，取得了良好的教学效果。

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基于一体化课堂实践的信号与系统课程频域分析法教学设计

程婷, 武俊杰, 周云, 吕幼新, 程子扬

实验科学与技术. 2025, 23(03): 13-18+24.

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信号与系统课程作为电子信息类专业的学科基础课，在整个专业课程知识体系中具有举足轻重的作用。该文针对课程中重要的频域分析方法，计了频域分析法的一体化课堂实践教学，提出基于统一的系统平台实现，对包括确知信号通过线性时不变系统、奈奎斯特采样定理和采样信号重构原信号3个频域分析问题的可视化教学。学生们通过自主实践，可视化感知理论知识，可实现反推理验证，达到自我感悟的目的。课堂实践教学不仅让学生更深刻地理解知识点，还有效激发了其对本课程的学习兴趣。统计数据表明，引入课堂实践教学后，该课程平均分均值从不到80分提升至90分以上，提升率为18.60%，综合测评结果中优秀人数占比提升257.12%，体现了较好的教学成效。

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面向新工科的自动化专业半实物仿真控制实验设计

丁洁, 周映江, 杨敏

实验科学与技术. 2025, 23(03): 19-24.

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为全面开展新工科背景下的自动化专业建设，相关控制课程的实验教学亟待升级换代。面向新工科建设要求搭建了半实物仿真飞控教学平台。相比于仿真类控制实验和传统炉温或电机控制实验，半实物仿真平台利用主控平台来控制无人飞行器，选定控制变量为俯仰角、偏航角和翻滚角，实现对真实飞行器的姿态控制；开发了自动控制原理课程核心知识的实验项目，包括控制系统时域和频域特性分析、PID控制器设计以及扩展实验等。基于半实物仿真飞控实验设计使飞行器的本体控制问题充分“落地”，做到虚实互补，促进学生理论与实践知识的融合，深入理解控制系统相关理论对新质生产力发展的重要意义。

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基于科研项目的实验教学探索与实践

王东辉

实验科学与技术. 2025, 23(03): 25-31+44.

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该文以烟草瞬时转化检测蛋白亚细胞定位实验为例，通过注重实验原理的挖掘、强化基于科研项目的实验教学过程、建立与科研课题相结合的实验教学模式，推动植物学实验教学的持续改进和发展，培养更具实践能力和创新思维的高素质人才。这种创新思路不仅可以应用于植物学领域，也可以在其他学科领域中加以推广和应用，为推动整个高等教育实验教学的发展起到积极的作用。

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粒度粒形仪在土力学实验教学中的应用

曹培, 杨阳, 张晓磊

实验科学与技术. 2025, 23(03): 32-37.

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如何充分利用大型仪器资源，推动本科实验教学改革，是大型仪器“开放共享”管理中的重要一环，也是目前许多高校大仪管理中面临的挑战之一。结合大型仪器粒度粒形仪的工作原理和特点，对其在本科土力学实验教学中的应用进行了有益的尝试和探索，并取得了较好的效果，为大型仪器在本科实验教学中的应用提供思路、积累经验。结果表明，改进后的课程不仅内容丰富，能够激发学生的学习兴趣，有助于全面培养学生的动手能力和创新思维，而且能够显著提升大型仪器的使用效益，使其更好地为高素质人才培养服务。

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双调谐谐振放大电路理论仿真分析与实验设计

金伟正, 孙原, 杨光义

实验科学与技术. 2025, 23(03): 38-44.

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为满足高频双调谐谐振放大电路在通信电子实验教学中的需要，对高频双调谐谐振放大器中的电容并联双回路的耦合特性进行理论推导和数学分析，给出其归一化频率特性函数的二维、三维详细分析图，提出通频带具有连续与离散分布两种状态，并设计高频双调谐谐振放大器硬件实验电路验证其正确性。通过该实验电路，学生能透彻地理解高频双调谐谐振放大电路的原理及掌握电路设计方法。

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“光储柔直系统”创新实验项目设计与实践

印月, 冷敏瑞, 徐航, 周群

实验科学与技术. 2025, 23(03): 45-50.

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为推动科研成果和技术创新反哺人才培养，将光储柔直系统设计与控制领域的产业难题及已取得的科研成果引入实验教学，经过有机重构与设计，将其转化为与实验知识点相关的教学资源。设计“光储柔直系统”创新实验项目，促使本科生从电力系统源侧变换器角度切入，了解新能源系统，加深对光伏接口直流-直流（DC-DC）转换器设计、储能变换器设计等前沿开关电源设计问题以及新能源控制等前沿知识的理解，拓宽学生对实际生产过程中的工程技术难题的认知。采用模块化硬件拓扑结构和控制构架开展实验教学，引导学生进行科学探索和知识拓展。同时，为学生专业知识的综合运用和解决复杂实际工程问题提供了一个功能多样、设计灵活的实验平台。

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自动控制实验课程混合式教学改革实践

王京锋, 樊泽明, 杨婷婷

实验科学与技术. 2025, 23(03): 51-54+61.

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自动控制原理实验课程是面向西北工业大学航空航天类、信息大类等专业本科生开设的一门重要的学科基础课程。为了较好地解决教学中课程内容缺乏创新性、教学方式方法教学手段单一、实验综合考评不全面等问题，实验课程采取线上线下混合式教学，教学内容增加线上慕课内容和创新综合性实验项目。教学方式方法的多维度和教学手段上学生自主学习实验等新举措，突出了自动控制原理实验课程的前沿性与时代性，提高了学生的学习兴趣和对课程的参与度。同时，课程采取线上线下面向过程的全教学流程考核模式，激发学生在实验课堂中重过程的思想意识和学习态度，促进了实验课程的教学效果。

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大气压低温等离子体灭活表面微生物综合实验设计

孙也, 皮杨梦, 杨毅, 李想, 申芳霞

实验科学与技术. 2025, 23(03): 55-61.

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表面微生物灭活是一个长期的社会需求，低温等离子体灭活表面微生物是表面微生物灭活研究热点。该文选用大气压低温等离子体灭活物体表面微生物进行综合实验设计。实验表明，细菌灭活效率达到99%时的作用时间非常短，低于14 s。新冠假病毒灭活所需时间较长，23℃和4℃时灭活效率达99%以上的灭活时间均为1 min；低温-20℃时，灭活时间为3 min。大气压低温等离子体技术适用于冷链行业食品外包装等表面微生物的灭活。该实验以社会热点和科学前沿问题为导入，不仅提升了学生开展低温等离子体和微生物学的实验操作能力，也体现了实验内容的“两性一度”，激发了学生对实验科学的热情和兴趣。

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与地方特色产业结合的高分子材料与工程实验设计改革

刁屾, 王慧敏, 刘洪亮, 段宝荣, 郑耀臣, 古雅楠

实验科学与技术. 2025, 23(03): 62-67.

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服务社会是高等教育的三大职能之一，而服务地方经济是省属地方性高校内涵式发展的必然趋势与使命。本文以烟台大学高分子材料与工程实验课程为载体，结合烟台地区的特色产业聚氨酯材料，设计了水性聚氨酯乳液制备与性能研究的综合性实验。结合聚氨酯乳液的科研发展及聚氨酯企业的生产实际，在教学内容和教学形式上都进行了设计改革，在提高学生分析具体问题能力和实践动手能力的同时实现“因需施教”，为烟台聚氨酯产业培养人才，提升学生区域内就业竞争力。

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实验教学导向的非变性质谱蛋白-配体互作实验设计

万建, 刘珂

实验科学与技术. 2025, 23(03): 68-71+77.

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以实验教学为导向，结合实验材料易得、实验流程明晰、实验结果稳定、实验耗时较短等需求，通过实验流程优化、核心耗材自制、动态评价体系构建等方式构建非变性质谱技术鉴定蛋白-配体互作实验教学设计，解决大型仪器设备在实验教学应用中的难点。实验项目通过对专业热点领域最新实验技术的引入，开阔学生视野，增加学生专业认同感，有利于学生专业核心素养的提升。

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顶空固相微萃取气质联用法直接测定臭味物质的实验设计与实施

王俊霞, 闫广礼, 吴友谊, 钱飞跃

实验科学与技术. 2025, 23(03): 72-77.

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基于“新工科”创新型人才培养的要求，将最新科研成果用于研究生教学，建立了集样品提取、净化于一体的顶空固相微萃取技术（HS-SPME）联合气质联用法，准确分析太湖饮用水源地水样中9种臭味物质。该方法利用无有机溶剂消耗、样品用量少、富集效率和自动化程度高的顶空固相微萃取技术。该方法的教学充分发挥了前处理技术与仪器分析联合自动化的优势，突破了传统样品前处理的繁琐步骤，展现了环境样品中痕量有机污染物的自动化分析方法，实现了教学与科研的深入融合。

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面向创新型技能人才培养的嵌入式系统实训平台设计

吴玲, 曹青青, 赵蕾

实验科学与技术. 2025, 23(03): 78-83+106.

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针对传统嵌入式系统实践教学模式单调、实验设备固化等问题，结合职业本科教育培养高层次创新型技能人才的迫切需求，围绕1个中心，4个层次，5个环节，自主设计了“数据手套系统”和“智能小车系统”两套实训设备，并开发了20余项实验项目体系。通过器件共享、项目关联、资源扩展、二次开发等手段，培养学生的创新思维和创新实践能力，取得了较好的应用成效。

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铁路行车调度员工作状态检测实验设计与分析

张光远, 张帆, 朱泊霖

实验科学与技术. 2025, 23(03): 84-93.

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铁路行车调度员在保证铁路行车安全起着重要的作用。研究以调度员在不同情绪中的工作状态作为研究内容，研究设计了一种用于采集高速铁路调度作业人员在不同情绪状态下，执行调度任务并采集生理数据的实验模式。通过情绪诱导实验确保调度员分别进入4种工作状态，收集眼动数据并建立K近邻（KNN）分类模型和分类与回归树（CART）决策树分类模型进行状态识别，前者识别精度更高可达90%以上，搭建卷积神经网络-门控循环单元（CNN-GRU）融合模型，提高疲劳程度预测效果。

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钻井液用胺基聚醚总胺值测定方法研究

毛世发, 刘晓燕, 刘文堂, 马文英

实验科学与技术. 2025, 23(03): 94-99.

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高性能钻井液用胺基聚醚是一种由伯胺基或仲胺基封端聚环氧烷烃化合物，其胺基一般为含有活泼氢的伯胺基、仲胺基或叔胺基基团。胺基聚醚作为一种高效抑制剂，在钻井液中的应用越来越多，但对于其理化性能研究较少，尤其是缺乏对抑制性起到关键作用的胺基含量的测定。该文通过条件优化，建立了钻井液用胺基聚醚总胺值测定方法，并对不同分子量、不同官能度的胺基聚醚的总胺值进行测定，相对平均偏差≤3%。该方法的建立对胺基聚醚的质量控制和现场使用具有重要的指导意义。

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湖泊中微塑料分布特征综合实验设计

赵玉凤, 杨晨, 吴桂萍, 徐梦, 崔龙哲

实验科学与技术. 2025, 23(03): 107-111.

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微塑料作为新污染物，具有体积小、难降解、持久性等特点，表面性质容易受环境条件的影响而发生改变，成为环境中其他污染物迁移的风向标，造成潜在的生态环境风险。该文以武汉南湖为例，通过系统布点，采集南湖岸边沉积物样品，利用光学显微镜和红外光谱查明沉积物中微塑料的丰度、形态、颜色和成分，并分析微塑料主要来源。该实验设计将环境新污染物微塑料作为研究对象，融合了基础教学和科研热点，具有综合性、应用性和探究性，有利于培养学生的创新实践能力和科研素养。

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基于虚实结合的高速高温摩擦磨损测试实验设计

王琳, 李鹏鹏, 鲁如烨, 苏华, 陈国定

实验科学与技术. 2025, 23(03): 112-116+127.

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航空发动机机械基础零部件材料的高速高温摩擦磨损测试具有实验周期长、实验过程复杂、安全风险多等特点，为了降低学习者使用实物测试装置时的风险因素、实验周期与教学成本，设计了一种用于航空发动机中轴承、齿轮、密封等关键机械基础零部件材料的高速高温摩擦磨损测试装置，以及与此实物装置高度一致的虚拟仿真实验系统。通过虚拟仿真实验和实物操作训练相结合的方式，辅助熟悉掌握高速高温摩擦磨损测试的基础知识、操作步骤、实验过程、结果展示等，并实现不受时空条件限制和实验设备限制的实践训练。在完成虚拟仿真实验后再开展线下实物操作训练，让学习者对高速高温摩擦磨损测试装置的结构组成和操作流程形成实感认知，教师则对学生的虚拟仿真实验、实际操作实验、最终实验报告等分别进行过程性和结果性综合评价，以提升摩擦磨损的测试效率和实践效果。

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比值控制实验仿真平台建设

黄立华, 高国刚, 贺娇

实验科学与技术. 2025, 23(03): 117-121.

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针对目前学生普遍对双闭环比值控制原理和调节过程理解困难，开发一款被控对象虚拟、控制器真实的硬件在环仿真平台。该平台由工艺流程分析、双闭环比值控制方案组态、流程图组态、PID参数整定和仿真操作模块组成。仿真平台实现了双闭环比值控制系统过程对象分析、传感器与执行器选择、控制方案设计、自控回路投用环节模拟。测试结果表明，该实验仿真平台较全面地涵盖了双闭环比值控制理论知识，实验流程清晰、可操性强、交互性好。理论知识与实际问题深度融合，培养了学生解决问题的能力。

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虚拟仿真在扫描电镜开放实验教学中的应用研究

暴丽霞, 张妞, 邵瑞文, 高培峰, 彭绍春

实验科学与技术. 2025, 23(03): 122-127.

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为充分发挥扫描电镜（SEM）在创新型人才培养中的作用，在扫描电子显微镜下的微观世界实验室开放课程中引入虚拟仿真系统，解决了传统开放实验教学中存在的问题。虚拟仿真系统的强大功能和趣味性，调动了学生学习的主动性和积极性。学生通过完成“自主学习—掌握知识—设计实践内容—完成实验探究”难度递增的教学过程，主动构建相关知识体系，激发了学生的创新意识，提高了学生的科研创新能力，形成了“先虚后实、以虚辅实、虚实结合”的多层次教学模式，拓展了开放实验教学的广度和深度，取得了良好的教学实践效果。

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科研成果向“两性一度”虚拟仿真实验转化设计与实践

吴锋景, 刘小娟

实验科学与技术. 2025, 23(03): 128-135.

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针对目前化学化工类实验课程内容陈旧、形式单一、对学生吸引力不足的问题，按照应用型人才培养目标和专业综合实验的教学要求，将相关最新科研成果按“两性一度”标准，转化设计为“环保型硅锆复合预处理工艺虚拟仿真实验”，用于辅助实验教学。实践结果表明，虚拟仿真实验教学增添了实验教学的活力与动力，提高了教学效率，提升了学生的实验技能、创新能力和解决复杂问题的综合能力。

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基于博弈论的高校实验室废弃物处理策略研究

沈超, 盛林生

实验科学与技术. 2025, 23(03): 136-141+155.

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近年来，随着新时代生态文明建设的要求不断提高，绿色发展理念日益深入人心，高校实验室废弃物的排放及其污染问题越来越引起社会各界的关注。该文基于高校实验室处理废弃物的现状，构建了实验室与第三方回收商之间的演化博弈模型，分析两者在完全竞争或合作情况下的处理策略选择以及演化趋势。结果表明：尽管实验室和第三方可能会随着时间的推移改变他们的合作和竞争策略，但合作是他们增加收益的最佳选择；最优惩罚机制有利于推动他们的合作趋势，并且增加他们的收益。

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灭火剂流动与喷雾同步表征实验装置与教学设计

倪小敏, 郑重

实验科学与技术. 2025, 23(03): 142-146.

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针对气体灭火剂肉眼不可见的特点，设计了灭火剂流动与喷雾同步可视化表征实验装置并开展实验教学。通过电容层析成像和激光阴影成像方法，直观显示灭火剂在管路内的流动形态及其在管路出口处的喷雾结构；采用高频温度和压力传感器，同步获取喷射系统内温度和压力的精细变化。基于该装置开展实验教学，帮助学生完整了解气体灭火剂的释放过程，掌握相关特性参数的测试方法，培养其学科交叉理念和协作创新精神。

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基础教学实验室信息化、智慧化建设方案研究

张向伟, 黄丽丽

实验科学与技术. 2025, 23(03): 147-155.

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该文围绕基础教学实验室信息化、智慧化建设方案研究，分析了当前国内外基础教学实验室在信息化与智慧化建设方面现状与不足，设计了一套综合性的建设方案，包括构建智能化管理平台、引入先进教学技术、加强安全监控体系、建设数字化教学资源库和教学行为分析系统等关键措施。通过实施该方案，预期能够显著提升实验室的信息化与智慧化水平，促进教育资源的优化配置，增强学生的学习体验与参与度，保障实验室运行的安全稳定。

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产教融合背景下电子信息类实践基地建设改革研究

张沙沙, 白艳茹, 吕庆功

实验科学与技术. 2025, 23(03): 156-160.

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产教融合、校企合作是促进产业需求和人才培养对接的重要环节，是提升新质生产力的有效手段，是培养学生综合能力的重要途径。北京科技大学电子实习基地作为学生锻炼实践能力的重要实训基地，采取多种形式积极与重点企业开展合作，引入企业硬件和软件资源，建设“产赛教”融合的荣誉课程和分层次的教学内容，促进教师工程能力和学生综合竞争能力双提升的人才培养模式改革。建立资源互通的联合实验室，对人才培养具有促进作用，为电子信息类实践基地建设提供了建设思路。

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2025年, 第23卷, 第03期　
刊出日期：2025-03-25

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