寬禁帶半導體材料綜合分析虛擬仿真實驗是深圳大學建設的虛擬仿真實驗課程。
基本介紹
- 中文名：寬禁帶半導體材料綜合分析虛擬仿真實驗
- 建設院校： 深圳大學
- 課程負責人： 武紅磊
- 授課教師：許桂雯、蔣福春、蔡厚智、李百奎
課程性質,教學目標,
課程性質
課程背景
(1)線下實驗成本高,購置儀器數量有限，僅能小範圍教學。
本虛擬實驗課程項目涉及的科研貴重儀器如掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)、X射線衍射儀(XRD)、拉曼光譜儀等，屬於通用型大型儀器設備。它們在新型光電材料、 光纖感測技術、微型光機電和智慧型化光電技術和設備、光學元器件設計與製造、精密工程、微納技術等領域的科研前沿以及科技生產中都是不可或缺的設備。這些設備價格都在一百萬 以上，學校購置台套數有限，實驗室分布地點分散。以深圳大學物理與光電工程學院為例，鎢燈絲SEM 僅兩台，AFM 一台，XRD兩台。而作為全校最大的理工學院，本實驗課程可面向的專業有測控技術與儀器、光電信息科學與工程、物理學&物理學(師範)、 核工程與核技術等四個本科教學課程。目前以僅有的儀器設備數量，只能滿足小範圍內教學，不能充分滿足學院各專業學生大範圍深度獨立實驗操作的需求。
(2)線下實驗直觀呈現性差,微觀探測無法觀察。
本項目課程所涉及的大型儀器設備，均是在微觀領域裡觀察表征微米或納米級別的原子、分子、納米材料、量子點等的性質或變化，線下實驗過程中無法直觀觀察到其微觀探測過程。本項目中的虛擬仿真技術可以很好的解決傳統實驗的直觀呈現性差這個問題，讓學生可以更形象直觀地理解微觀領域的電子束與樣品之間，以及原子與原子之間相互作用的過程，這是傳統的實驗教學無法實現的。
(3)線下實驗教學難以實現，儀器組裝無法實踐。
本項目課程還涉及大型儀器設備的硬體拆裝搭建過程，這個在現實的實驗教學中是不可能實現的。在目前已上線的大型儀器虛擬課程中，主要都是以觀摩方式學習設備的大型儀器硬體結構和原理，本項目利用類似樂高搭建的競賽方式，讓學生在浸潤式場景中參與實驗室建設，並以工程師思維來組裝設備，對學生的綜合性思維訓練和動手能力提出了更高階的要求,同時也可以更好地幫助學生在每個功能硬體結構與原理之間的互相關係方面獲得更好的理解。這個是演示性實驗或現場教學不能達到的效果，也是對目前虛擬實驗課程金課所要求的“高階性” 教學效果的實現。
教學目標
本虛擬實驗課程“‘寬禁帶半導體材料綜合分析虛擬仿真實驗”主要以當下國家光電領域科技前沿及產業熱點寬禁帶半導體材料的研究為切入點，旨在培養在儀器技術以及光電器件與材料方面基礎理論紮實、實踐能力強、知識面廣, 有創新意識,能夠從事測控儀器以及測試技術等方面的研究開發、設計製造方面的創新型專業人才。
本課程設計並建立以學生為主體,以培養科學實驗思維為主導的探究式綜合性虛擬實驗課程模組，要求學生了解並掌握半導體表征技術領域主要使用的大型儀器的基本結構、功能原理,能夠根據不同樣品任務要求,選擇正確的制樣方法與測試表征技術,並能正確分析測試數據報告,獲得實驗結論。
課程實驗達到教學目標具體如下:
(1)了解光學顯微分析、x射線衍射、電子顯微分析、吸收光譜等方法在測試科學領域中所能解決的問題及基本原理和方法。
(2)能讀懂-般專業文獻中有關x射線衍射、電子顯微分析等相關測試的圖譜和結論。
(3)理解和了解X射線、電子顯微分析等測試工作在新技術、產品或套用方面的功能性擴展。
(4)了解光譜分析等方法在相關領域中所能解決的問題、基本原理。
(5)能夠根據不同樣品表征任務正確選擇儀器以及測試技術,獲得合理實驗結論。
(6)培養學生解決複雜問題的綜合能力和創造性思維。培養套用能力、獨立思考與判斷分析能力、科學實驗思維與綜合套用能力、對新技術的學習能力;培養團隊意識、創新精神、科學嚴謹的工作態度。
上述實驗教學目標的達成有助於學生畢業後在儀器測控技術領域、光電器件與材料技術領域能夠備基本的科學實驗綜合思維、較強的實驗動手實踐能力,較強的自學能力與活躍的創新思維,能夠快速手在測試技術、新型材料研發、產品開發、質量檢測、科學研究等領域的工作,能夠解決實際工作中遇到的複雜問題。為畢業生成長為層次創新型、套用型測控技術與儀器領域、光電器件與材料技術人才奠定了重要的基礎。
