科研成果向创新实验教学的转换探索r——以XPNAV技术为例

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针对空间科学与技术领域的快速发展,该文探索了将最新的空间自主导航信号处理相关科研成果转换为本科生实验教学的一部分,将科研新进展、新内容引入实验教学,使学生紧跟科技前沿,较好地激发了学生的学习兴趣和科研热情.实践证明,这种科研成果向实验教学转换的新模式可培养本科生的科研能力及创新能力,促进本科生分析问题、解决问题能力的提升.
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针对不同水体和水质指标测定过程中全自动化学间断分析仪的参数优化问题,以市政污水造成的地表水污染水体为研究对象,采用加标回收率和相对标准偏差评价法,在全自动化学间断分析仪测定地表水磷酸盐过程中,对染色剂和还原剂的剂量及静置时间等参数进行了优化.结果表明,用此方法监测地表水磷酸盐时,染色剂剂量是主要影响因素,需要控制在35~50μL之内,磷酸盐的加标回收率可以达到99.62%,相对标准偏差仅为0.43%,优化后的参数对河流水体磷酸盐测定有指导意义.
为有效判别高校学生在线作业中复制、代写、抄袭等不良现象,引入击键行为识别技术.根据不同应用场景构造了单字符间特征值、关键字字符串内特征值以及关键字字符对特征值,并结合神经网络算法构建了一种基于MC-LSTM的在线作业击键行为识别模型.以IT课程“数据库原理与应用”为例,设计并实现了基于MC-LSTM的在线作业行为识别系统,并测试了不同特征值及特征值组对识别效果的影响.实验结果表明,该系统能够有效判别在线作业自主完成情况,从而对在线教学质量提供保障.
实验分别以硫脲和钼酸铵作为硫源和钼源,通过水热方法合成了二硫化钼,并利用醋酸调节pH值来控制产品形貌.实验中,用XRD表征样品的结构,用SEM图像观察产物形貌,用UV-Vis DRS对产品形貌调控前后的光吸收性能进行考察,最后以罗丹明B为模型化合物来评价二硫化钼的光催化效果,并给出了相关机理解释.
结合新工科建设和“传感器与信号调理”课程教学需求,设计了汽轮机装配建模与热态测控虚拟仿真实验.采用三维建模仿真软件SolidWorks/3DMax实现了汽轮机关键组件的虚拟装配设计和认知操作,并利用MATLAB/Simulink建立了汽轮机本体热态运行理论模型与状态调控接口,实现了设备热态实时控制、传感器设计与参数测量等实验内容.该虚拟仿真实验拓展了学生对极端测控场景的直观体验,激发了学生对该课程学习的兴趣,有效填补了实践教学环境与工业运行现场的认知差距,取得了较好的实验教学效果.
针对移动终端图像处理传感器对速度和精度的高要求,设计了一种CMOS图像传感器(CIS)的10 bit的ADC模块,在该模块的DAC单元,采用基于多级电流镜的电流型DAC电路的设计,以提高响应速度,同时采用多重采样的方式抑制电路本身的噪声比;在比较器单元,采用了并列开环多级比较器的设计,以达到芯片对速度的要求;在计数器单元,用格雷码进行计数编码,同时对编码结果以阵列的方式进行高速锁存.电路使用SMIC 65 nm的工艺进行设计验证,测试结果表明在500 MHz的工作频率下,ADC的DNL为0.787~1.1
该文设计了基于高斯混合模型的说话人识别系统实验,通过录制小型语音库、提取表征说话人个性的特征参数、训练说话人模型和似然度判决,实现文本无关的说话人识别.实验以小组形式协作完成,并鼓励学生展开进阶研究,帮助学生提升团队协作精神和创新精神,以及解决复杂工程问题的能力.所建立的全过程多维度立体化的实验考核体系,着眼于对学生的方案设计、实验操作、报告撰写、演示答辩等全过程评价,有助于激发学生的创造力和学习热情.
由于在科里奥利力的作用下,谐振式陀螺的输出信号呈现调幅调频特性,为探究陀螺特性增加了难度.该文基于谐振式陀螺的动态特性方程,在考虑硬弹簧非线性情况下,利用Multisim搭建谐振式陀螺等效电路来模拟其工作状态,直观展示了输入不同角速度时谐振式陀螺的输出信号波形,进而可用来分析陀螺的动态特性.文章最后还使用该方法举例分析了陀螺尺寸参数对其动态特性的影响.谐振式陀螺电路模拟方法可用于传感器相关课程课堂教学,用于分析陀螺特性,也可用于实验教学演示,有助于提高学生的科研实践能力.
微流控技术可以构建复杂的微通道网络结构,通过在微米尺度上对微流体进行定量调控,能够在体外模拟体内微血管中的血流情况.该文首先基于微流控芯片建立了微血管模型,然后结合激光散斑血流成像系统,建设了血流动力学实验教学平台,平台可以开设微血管结构设计、血流动力学数值模拟、体外微血管血流动力学等多种教学实验.平台针对依赖动物模型的相关实验产生的难以重复、缺少定量控制、实验耗时长等问题,提供了解决方案,拓展了微流控技术在实验教学中的应用,是培养学生良好的科研素质、实验操作技能和创新思维的重要途径.
针对国际单位制、单位基准及基本单位复现等内容授课抽象等问题,设计了SI基本单位的量子计量虚拟实验.该虚拟实验包含知识探究、实验操作、数据处理、实验考核等4个模块.知识探究模块介绍SI基本单位的历史、量子定义、量子复现、SI基本单位之间的关系、铯束原子频标原理的动画演示以及铯钟谐振观测实验等;实验操作模块以单位秒为例,设计了基于原子频标的守时与远程时间比对虚拟实验;数据处理模块下载全部实验数据进行线下编程处理;实验考核模块评价实验成绩.整个虚拟实验在Unity实时3D平台上采用微软C#语言开发而成,经过在“
在该研究型实验中,要求学生首先在室温下快速合成多种具有不同结构和水稳定性的金属有机框架;然后利用X射线衍射仪和红外光谱仪表征其微观结构和官能团组成,并结合软件模拟示意图,对其孔道结构建立初步认识;最后通过观察颜色变化和分光光度计法,定性和定量地分析比较不同金属有机框架的染料吸附能力,深入理解孔结构与吸附性能之间的关系.该实验有利于培养学生在面对材料化学复杂科学问题时,采取团队合作方式进行综合分析和研究的能力.