在实验设计方面:该虚拟仿真实验教学课程将针对具有典型代表性的纳米晶体的成核与生长过程进行仿真还原,并使用大型科研仪器来观测和分析,实现了理论知识与实验操作的有机结合。实验对象选取的石墨晶体,是纳米材料领域的研究焦点之一,该研究对象制备工艺成熟可靠、成核生长原理符合经典模型、生长过程条件可控可调,且实验内容中添加了研究实验条件的调控模块,使该实验设计同时具备实验的合理性和研究的先进性。实验仪器选用常用的大型科研仪器-扫描电子显微镜,该仪器是科研领域中既先进又基础的表征技术手段。该实验设计内容既包含了经典的成核生长等理论知识基础,又体现了前沿的科研内容和表征技术,既为本科学生巩固了理论知识,又提供了基础的科研环境,为学生分析、解决复杂科学问题提供了良好的实验平台,具有很好的创新性和高阶性,有助于锻炼学生灵活运用理论知识的能力、培养科研兴趣和科研素质。
在教学方法方面:该虚拟仿真实验通过扫描电子显微镜多步必要的、真实的操作与表征过程,体现和加强学生在电镜成像原理与晶体成核生长原理的理解和掌握。该仿真实验中对扫描电子显微镜的交互操作严格依照大型实验仪器管理人员的真实操作,例如安全步骤加压、实时移动调焦、实时采集图片、形貌尺寸测量等高难度操作步骤,为教学提供了真实性,提高了学生完成实验的挑战度。同时该仿真实验分为教学模块和考核模块两个部分,主旨在于让学生更准确地学习到正确的仪器操作步骤和测试原理。另外,石墨晶体的成核生长仿真过程采用随机形成模式,而非固定结果图片,具有很好的创新性,这让学生更贴切地体验科研实验的过程,突破习惯性认知模式。
在评价体系方面:该仿真实验在考核模块下设置有步骤考核、数据处理和知识点考察三个方面,全面考察了学生对该实验的原理、目的的掌握程度以及数据分析能力。根据操作步骤的重难点、图片采集和数据分析的准确度等合理、严格地分配考核分数,有助于提高学生的严谨度,具有一定的挑战度。虽然评价考核条件严格,但实验成绩采用最新成绩,旨在学生通过多次努力学习掌握实验的原理和操作。
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