類流體環境光聲多物理場信息探測與重構虛擬仿真實驗是中北大學建設的虛擬仿真實驗課程。
基本介紹
- 中文名：類流體環境光聲多物理場信息探測與重構虛擬仿真實驗
- 課程負責人：楊風暴
- 建設院校：中北大學
- 授課教師：韓建寧、李靜怡、陳友興、李光亞
課程性質,教學目標,
課程性質
課程背景
光聲檢測技術（Photoacoustic Detection Technology，PDT）是一種前沿的多物理場信息探測技術，以其為核心構建的類流體光聲多物理場信息探測的複雜工程問題，對電子信息專業人才培養和畢業要求達成具有重要意義。基於該技術的科學研究和高端裝備在一些科技已開發國家發展迅速；然而國外對核心技術和關鍵晶片的“把控”，我國還處於“跟跑”階段，國內本科生無法進行“研究探索”實踐。希望通過該項目讓學生探索學術前沿技術，提升自主創新的科學精神，增強民族品牌的創新意識。
虛擬仿真類流體環境光聲檢測實驗，依託國家重大科研儀器研製項目與國家重點研發計畫，對基於類流體環境的信號傳輸、採集、處理及圖像分析，達到了較高的仿真度，突破了研究探索型實驗缺乏條件的困境。實驗中選擇人體乳腺組織為“類流體環境”架構了典型的“複雜工程問題”，對學生能力培養極其重要，然而以人體組織為背景的項目受到工程倫理與隱私限制，很有必要依靠虛擬仿真技術加以實現。本項目採用模組化設計，場景性帶入，充分發揮虛擬仿真教學可重複、可體驗、可互動、高效率、低成本的優勢，學生可以通過構建的虛擬儀器實現理論知識和實驗數據的客觀真實的完美結合，從而極大地提升了實驗教學效果。
教學目標
本項目模擬了類流體環境光聲檢測篩查系統，可以人機互動的形式體驗患者信息管理平台模組、光聲檢測模組和類流體環境檢測模組，並在此結構上構建了光聲檢測系統和圖像處理系統，旨在提升學生的專用電子儀器操作與信號分析處理能力。另一方面，在反覆練習和拓展套用過程中，亦可增強學生在實驗中的互動性和感知性，培養學生自主創新的“工程素養”，吸引學生投身前沿技術研究，精益求精，勇於探索，努力打造自主品牌。
學生對實驗流程、器材選取與放置以及數據的採集分析有整體的把握，能夠根據已有資料，獲取模擬類流體環境光聲檢測所需相關參數。根據所掌握的類流體環境光聲場的基本性質，判斷激勵放置及信號採集的最佳位置。在上述學習的基礎上，能夠自主開展光聲物理場仿真實驗。根據以上參數，綜合考量並設計出類流體環境光聲檢測系統。結合檢測數據，深入理解類流體環境光聲檢測的原理，完成類流體環境光聲成像實驗。根據類流體環境光聲成像的實驗結果，能夠給出必要的實驗結論。
能夠套用工程數學與自然科學知識用於解決線性時不變系統的建模和求解；理解信號與系統的概念及其在工程領域的體現，能採用圖、表的形式規範地表達分析結果，支撐畢業要求1.2——條件求解：能夠針對本專業的複雜工程問題建立合理的數學模型，並利用恰當的邊界條件求解。
能夠根據信號與系統的工作原理，套用恰當的數學方法，對信號和系統進行時域、頻域及復頻域分析，並能套用於解決一般工程問題以獲得有效結論，支撐畢業要求2.2——方案優選：能夠運用信號與系統的基本概念和基本原理，描述和分析電子信息工程領域中的信號處理方面的工程問題，針對一個複雜電子信息過程的多種方案進行選擇，分析過程的影響因素，證實解決方案的合理性。
能夠加強數字圖像處理課程的基本概念、理論和處理方法的學習，能夠運用圖像處理方法和技術分析典型的圖像處理套用問題，加強圖像處理分析能力並能夠運用一門高級語言編寫圖像處理程式，對解決方案進行多物理場虛擬仿真和驗證，支撐畢業要求3——設計開發解決方案：運用知識對複雜工程問題進行建模和求解，能夠將相關知識用於解決與電子信息工程專業有關的複雜工程問題。
