強雷射下材料超快動力學虛擬仿真實驗是蘇州大學建設的虛擬仿真實驗課程。
基本介紹
- 中文名：強雷射下材料超快動力學虛擬仿真實驗
- 建設院校： 蘇州大學
- 課程負責人： 方亮
- 授課教師：楊俊義、宋瑛林、孫寶印、翁雨燕
課程性質,教學目標,
課程性質
課程背景
(1)科技強國戰略下，新時代創新型物理人才培養的需求
慣性約束聚變(ICF)是實現受控熱核聚變的最有效途徑,能為人類提供豐富、經濟、安全的能源,開展該領域研究工作有著重要而特殊的意義。神光II型雷射裝置已經成為能量輸出居世界第二的雷射核聚變驅動系統,僅次於美國的NIF ,理清強雷射與材料相互作用的研究至關重要。本虛擬仿真實驗將科學前沿反哺於實驗教學,將國家戰略安全重大需求融入其中,不僅能讓學生感受前沿科學，更有助於將正確的價值追求、理想信念和家國情懷有效地傳遞給學生。
(2)服務創新驅動下，新工科卓越工程人才培養的需求
本虛擬仿真實驗有效融合了物理學與新工科工程項目的重大突破性進展，夯實基礎研究“地基”,有助於培養實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質複合型新工科人才。為我國產業發展和國際競爭提供智力和人才支撐，是培養原始創新型人才的有效路徑，提升應對全球重大挑戰和保障國家安全的能力。
(3)強雷射下材料超快動力學實驗融合多學科知識，是《近代物理實驗》重難點實驗
《近代物理實驗》是物理學專業的核心主幹課程，其中多個實驗涉及材料內部的電子能級結構和泵浦微觀機理。這是學生最難掌握的部分,也是後期學生科研創新實踐的必備能力。一方面，相關物理圖像抽象、複雜、不可逆，且涉及物理、材料、化學等多門學科交叉，還需要配套前沿的光電信息測量技術;另一方面，強雷射非常容易對操作人員的眼睛造成永久性的傷害,具有相當高的危險性，整套實驗裝置的價格昂貴,單機造價上千萬元,且運行維護成本很高,屬於“危、高風險、高成本”實驗，不便於批量開展實體實驗。本虛擬仿真實驗有助於抽象過程可視化,實驗方法多樣化,危儀器便捷化，充分彌補課程教學紙上談兵的不足。
教學目標
(1)知識目標
①了解材料超快動力學的知識背景和前沿套用;②掌握材料吸收和折射的基本原理;③理解雙光子吸收、激發態吸收等物理能級模型;④掌握時間延遲實現技術的原理;⑤掌握測量材料超快過程的時間分辨泵浦探測原理;⑥掌握運用時間分辨泵浦探測結果分析料內電子運動過程的原理。
(2)能力目標.
①掌握常見光學器件的功能和光路調節能力;②通過科學推理法掌握電子內部運動與材料係數之間的關係;③掌握運用物理模型法分析材料中電子運動規律;④學會運用轉換法理解並掌握泵浦光和探測光之間的光程差與實現時間延時之間的關係;⑤綜合運用控制變數法和科學推理法分析光路最佳化與不同參數對不同模型實驗結果的影響;⑥靈活運用比較法和逆向思維法分析時間分辨泵浦探測的測量結果,並獲得材料內電子運動過程。
(3)素養目標
①通過教學引導培養學生嚴格遵守實驗室安全規定和實驗操作規範的責任與擔當意識;②通過教學設計訓練學生完成特定操作任務的項目執行能力和時間管理能力;③運用自主學習式的教學方法充分調動學生積極性,養成樂學善學的良好習慣. ;④通過團隊合作培養學生表達能力、溝通能力和團隊精神;⑤運用問題探究式的教學設計,培養學生分析問題解決問題的勇於探究精神;⑥通過微觀世界電子躍遷與弛豫過程的可視化實驗,養成正確的物理觀念。
(4)價值目標
通過實驗了解我國在慣性約束聚變、工程等大國重器研究領域所取得成就,提高學生民族自信和愛國熱情,激發學生投國防事業報效國家的強烈願望。
通過觀察推理結合的方法培養學生分析問題解決問題的科學邏輯思維和正確的運動觀和時空觀。運用比較法動態調整實驗參數來最佳化實驗操作,提高學生實驗設計和創新能力,激發學生探索未知、追求真理、勇攀科學高峰的責任感和使命感。
