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材料現(xiàn)代研究方法三維虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

材料現(xiàn)代研究方法是材料科學(xué)與工程的學(xué)科平臺(tái)基礎(chǔ)課程，材料化學(xué)和功能材料專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課程，材料加工及控制工程專業(yè)的專業(yè)必修課程。全國各高校材料科學(xué)與工程學(xué)院均有開設(shè)，但是目前受到以下幾方面的影響，實(shí)驗(yàn)開設(shè)非常有限：

教學(xué)投入昂貴：課程實(shí)驗(yàn)中使用到的儀器種類眾多，設(shè)備費(fèi)用昂貴。

教學(xué)效果不佳：實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量有限，基本都是專人維護(hù)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)大多以多人一組，驗(yàn)以參觀為主。

開放式網(wǎng)上材料現(xiàn)代研究方法虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件是以理論知識(shí)為指導(dǎo)，以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為依托而建立的一種新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。它利用計(jì)算機(jī)模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，通過信息網(wǎng)絡(luò)操作實(shí)驗(yàn)設(shè)備，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了一種全新的教學(xué)模式。虛擬實(shí)驗(yàn)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)各種虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)驗(yàn)者以交互的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，可以像在真實(shí)的環(huán)境中一樣完成各種預(yù)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，最大限度地模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)的場(chǎng)景,并提供與實(shí)際實(shí)驗(yàn)的操作方法相類似的實(shí)踐體驗(yàn)。

本虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程主要包含以下典型實(shí)驗(yàn)：

•    X射線衍射虛擬仿真實(shí)驗(yàn)（Miniflex600）

•    X射線衍射虛擬仿真實(shí)驗(yàn)（smartLab2080A211）

•    場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡虛擬仿真實(shí)驗(yàn)（SUPRA55）

•    場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡虛擬仿真實(shí)驗(yàn)（35kvp09058.10）

•    材料X射線衍射及物相分析虛擬仿真實(shí)驗(yàn)（UltimalV）

•    同步熱分析虛擬仿真實(shí)驗(yàn)(SDTQ600)

•    材料的差熱分析虛擬仿真實(shí)驗(yàn)(DZ3320)

•    聚合物的熱分析虛擬仿真實(shí)驗(yàn)（DSC214）

•    材料綜合熱分析虛擬仿真實(shí)驗(yàn)（STA409PC）

•    紫外-可見分光光度計(jì)測(cè)定未知液虛擬仿真實(shí)驗(yàn)（CARY50）

•    傅里葉紅外表征聚合物結(jié)構(gòu)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)（Nicolet-5700）

•    傅里葉紅外光譜儀虛擬實(shí)驗(yàn)（Nicolet-380）

•    比表面測(cè)試虛擬實(shí)驗(yàn)（ASAP2460）

•    粒度分析儀虛擬實(shí)驗(yàn)（NanoZS90）

•    質(zhì)譜分析虛擬實(shí)驗(yàn)（Thermo）

•    高效液相色譜儀虛擬實(shí)驗(yàn)（LCMS-2020）

•    晶體生長(zhǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)（ZDZ52）

（1）射線衍射虛擬仿真實(shí)驗(yàn)（Miniflex600）

X射線衍射分析虛擬實(shí)驗(yàn)效果圖

樣品研磨過程

（2）X射線衍射虛擬仿真實(shí)驗(yàn)（smartLab2080A211）

X射線衍射儀整體圖

儀器拆裝過程

（3）場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡虛擬實(shí)驗(yàn)（SUPRA55）

場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景效果圖

場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景效果圖

（4）場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡虛擬仿真實(shí)驗(yàn)（35kvp09058.10）

場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景效果圖

清晰度調(diào)節(jié)過程

（5）材料X射線衍射及物相分析虛擬仿真實(shí)驗(yàn)（UltimalV）

X射線衍射儀

衍射圖

（6）同步熱分析虛擬仿真實(shí)驗(yàn)(SDTQ600)

同步熱分析操作實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景效果圖

同步熱分析實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景效果圖

（7）材料的差熱分析分析虛擬仿真實(shí)驗(yàn)(DZ3320)

材料的熱分析虛擬實(shí)驗(yàn)效果圖

五水硫酸銅測(cè)試結(jié)果圖

（8）聚合物的熱分析虛擬仿真實(shí)驗(yàn)（DSC214）

選擇要測(cè)試的樣品

聚合物的熱分析實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景效果圖

（9）材料綜合熱分析虛擬仿真實(shí)驗(yàn)（STA409PC）

調(diào)節(jié)氣體伐

同步熱分析儀

（10）紫外-可見分光光度計(jì)測(cè)定未知液虛擬仿真實(shí)驗(yàn)（CARY50）

紫外分光光度法測(cè)定未知物虛擬實(shí)驗(yàn)效果圖

紫外分光光度法測(cè)定未知物虛擬實(shí)驗(yàn)—移取試劑效果圖

（11）傅里葉紅外表征聚合物結(jié)構(gòu)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)（Nicolet-5700）

研磨樣品

傅里葉紅外光譜儀測(cè)試結(jié)果

（12）傅里葉紅外光譜儀虛擬實(shí)驗(yàn)（Nicolet-380）

樣品研磨過程

紅外光譜圖

（13）比表面測(cè)試虛擬實(shí)驗(yàn)（ASAP2460）

比表面測(cè)試儀

比表面測(cè)試結(jié)果

（14）粒度分析儀虛擬實(shí)驗(yàn)（NanoZS90）

樣品制備過程

粒度分析圖

（15）質(zhì)譜分析虛擬實(shí)驗(yàn)（Thermo）

樣品制備過程

參數(shù)設(shè)置面板

（16）高效液相色譜儀虛擬實(shí)驗(yàn)（LCMS-2020）

移液過程截圖

機(jī)器控制處

（17）晶體生長(zhǎng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)（ZDZ52）

晶體高溫生長(zhǎng)過程

晶體生長(zhǎng)完成

本系統(tǒng)可滿足以下主要性能指標(biāo)：

1、為保證系統(tǒng)的交互性和擴(kuò)展性，系統(tǒng)須采用國際領(lǐng)先的Unity3D引擎開發(fā)而成；

2、為保證系統(tǒng)的先進(jìn)性，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所使用的網(wǎng)頁播放器插件須采用主流3D引擎插件，且插件在近1年內(nèi)有更新版本，并可支持后續(xù)的優(yōu)化升級(jí)；

3、系統(tǒng)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)軟件無縫對(duì)接，教師端能夠自動(dòng)生成智能指導(dǎo)和自動(dòng)批改規(guī)則，且教師能夠?qū)σ?guī)則進(jìn)行細(xì)節(jié)修改；

4、系統(tǒng)提供實(shí)驗(yàn)過程中的智能指導(dǎo)功能，該指導(dǎo)為啟發(fā)性指導(dǎo)，通過一步步的提問式引導(dǎo)，進(jìn)而啟發(fā)學(xué)生思考；

5、系統(tǒng)提供實(shí)驗(yàn)結(jié)果的自動(dòng)批改功能，學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)束且提交后，系統(tǒng)調(diào)用自動(dòng)批改規(guī)則可以自動(dòng)算出學(xué)生實(shí)驗(yàn)得分，教師端還可以查看得分細(xì)節(jié)，了解學(xué)生的得分細(xì)節(jié)；

6、系統(tǒng)服務(wù)器端用戶分為學(xué)生、教師、教務(wù)管理員和系統(tǒng)管理員四種角色，不同角色擁有不同權(quán)限。

學(xué)生：選課、選擇實(shí)驗(yàn)、開展實(shí)驗(yàn)、接受實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、在線提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告、保存和提交實(shí)驗(yàn)結(jié)果、查詢實(shí)驗(yàn)成績(jī)和批語。

教師：典型實(shí)驗(yàn)庫維護(hù)、發(fā)布實(shí)驗(yàn)、安排實(shí)驗(yàn)、批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告、系統(tǒng)指導(dǎo)、統(tǒng)計(jì)并發(fā)布學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)和批語。

教務(wù)管理員：課程計(jì)劃、開課計(jì)劃、選課日期設(shè)置、開課審核、開課查詢。

系統(tǒng)管理員：用戶管理、分組管理、角色管理、權(quán)限管理、系統(tǒng)維護(hù)等。

性能指標(biāo)：

支持同時(shí)在線用戶數(shù)1萬人以上，經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，不限終端用戶數(shù)，完全能滿足日常教學(xué)使用。

服務(wù)器運(yùn)行環(huán)境

操作系統(tǒng)：WindowsServer，Linux/UnixServer

Web服務(wù)器：Tomcat6.0，JDK6.0

數(shù)據(jù)庫：MySQL

客戶端運(yùn)行環(huán)境

操作系統(tǒng)：AllWindows系列

相關(guān)信息：

研制單位：北京潤(rùn)尼爾網(wǎng)絡(luò)科技有限公司

通訊地址：北京市海淀區(qū)北三環(huán)中路44號(hào)院文教產(chǎn)業(yè)園1號(hào)樓郵政編碼：100876

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