雷射脈衝沉積過程模擬虛擬仿真實驗教學是湘潭大學建設的虛擬仿真實驗課程。
基本介紹
- 中文名：雷射脈衝沉積過程模擬虛擬仿真實驗教學
- 建設院校： 湘潭大學
- 課程負責人： 孫立忠
- 授課教師：王鑫銘、尹冰冰、譚叢兵、雷姍
課程性質,教學目標,
課程性質
課程背景
材料製備工藝及技術是無機非金屬材料類本科生專業基礎的核心課程之一，也是材料類本科生培養目標中的重要環節。由於功能薄膜與條成電路工藝的密切關係，功能薄膜製備工藝及技術成為材料製備工藝中最為活躍內容之一。隨著材料科學和材料製備技術的發展，各種先進的薄膜製備工藝和手段不斷湧現，如電漿蒸發沉積、脈衝雷射沉積，電子京蒸發沉積、電弧放電加熱蒸發法、高頻感應加熱蒸發法、離於濺射法等。但是由於這些先進的薄膜製備工藝和技術往往是在板端條件(如高真空條件)、高消耗下進行的，要在材料類本科培養環節完成該實驗工藝的實驗教學，會限制整個實驗教學的可持續發展，但若材料類本科培養過程中不涉及該類實驗教學內容，會有遠離前沿研究、無法體現.實驗內容與時俱進的趨勢。本虛擬仿真實驗項目就是在解決該矛盾的基礎上開發完成的。本虛擬實驗項目選擇薄膜製備技術中的脈衝雷射沉積薄膜製備技術(PLD) 為對象，該實驗技術中涉及超高真空，所以每個實驗流程都將涉反較長的製備周期，另外在PLD的實驗過程中要使用高價值靶材反雷射氣體，每個人時數實驗經襲的消耗都在千元左右，因此開設PLD專業實驗課程的高消費制約了該實驗課程教學的有效開展。本虛擬仿真項目就是在解決以上矛盾的基礎上開發的。
教學目標
PLD在半導體薄膜、超晶格、超導、生物塗層等功能薄膜的製備方面發揮重要的作用;並能加快薄膜生長機理的研究和提高薄膜的套用水平，加速材料科學和凝聚態物理學的研究進程。同時也為新型薄膜的製備提供了一種行之有效的方法。該實驗中緊密結合的“薄膜材料和技術”、“材料製備技術”等相關課程的知識點的理解進- -步深入，以解決多功能薄膜材料製備人才培養的瓶頸，實現了材料類本科教學過程中材料製備技術的與時俱進。本虛擬仿真實驗在360度全景拍攝的基礎上創建了以本項目組所屬的湘潭大學材料科學與工程學院的PLD真實實驗室為參照的虛擬場景，運用三維建模、動畫等技術手段，高度仿真了薄膜材料製備過程，本虛擬仿真實驗的開設的主要教學目標如下:
①激發學生學習興趣
在虛擬的環境中，學生可以直接觀察與虛擬的不同沉積參數的PVD-5000沉積系統互動，能夠使學生深入細緻地了解薄膜材料的製備及其相關工藝。這種直觀、實時和互動的特點不僅激發了學生了解和製備薄膜材料的興趣，也有助於學生進行學習遷移。
②提升學生學習能力
虛擬仿真實驗解決了材料製備實驗不可逆的問題。在虛擬環境中，學生可以針對不同類型的虛擬薄膜材料製備進行反覆練習操作，既能深化對已有理論知識的理解，又能獲得製備工藝參數選擇及最佳化的能力;學生也可選擇練習模式或自主設計實驗，這種靈活的方式既能夠激發學生養成主動掌握知識和不斷反懇的習慣，又能推動學生將理論知識套用於實踐。在實驗過程中，學生的學習能力不斷得到提升。
③提高學生學習效率
本實驗為學生提供了泛在化的網路虛擬實驗室和24小時線上的“空中課堂”，使學生可以不受時間和空間限制，學生沉浸其中，能夠隨時隨地進行實驗，大大縮短了實驗周期;系統自動評分功能有助於學生得到及時反饋，從而及時發現問題和解決問題，學生學習效率也因此大幅度提高。
該虛擬仿真實驗的開設不但可以提高學生材料製備的相關技能、鞏固相關專業基礎課程的知識點，同時可以開拓學生在薄膜製備工藝方面的視野，並通過PLD實驗基本原理的掌握可以進一步延伸學生對於物理氣相沉積相關內容的理解，為未來學生就業拓展空間和思路。本科創新實驗是本科生科研能力培養的重要支撐點，該虛擬仿真實驗的開設可以為本科生藉助PLD開展創新實驗提供前期的技能儲備。該虛擬仿真實驗也可以作為研究生進入PLD實驗室前的重要培訓環節，從而提高培訓效率。
