课程建设规划及发展目标

承担的学术研究课题：

1.   基于暗能量Quintessence项的黑洞稳定性的研究，陕西省科技厅主持，2019.01.01-2020.12.31，主持

2.   引力彩虹背景下的 Schwarzschild-Anti-de Sitter 黑洞纠缠熵及其热力学性质，陕西省教育厅，2020.01.01-2022.12.31，主持

3.   基于暗能量和引力彩虹的黑洞稳定性的研究，渭南师范学院，2019.10.01-2022.09.30，主持

发表的学术论文：

1.   Destroying a Peldan Electrostatic Solution Black Hole, Chinese Physics Letters, 第一作者，2017.04

2.   Entropy of Schwarzschild-de Sitter Black Hole with Generalized Uncertainty Principle Revisited，Communications in Theoretical Physics，第一作者，2017.07

3.   Entropy of Vaidya Black Hole on Apparent Horizon with Minimal Length Revisited，International Journal of Theoretical Physics，第一作者，2018.03

4.   Self-consistency of a Modification Method Based on Membrane Model with Minimal Length Considered，Communications in Theoretical Physics，第一作者，2018.09

5.   Entropy of Schwarzschild-de Sitter Black Hole with Extra Term Correction，Communications in Theoretical Physics，第一作者，2019.05

工程学院

内容维护

与更新。

2-1 名称、类别、原课时

实验课程名称:      大学物理实验       

虚拟仿真实验项目名称：       大学物理实验     

实验课程总课时：     16     

虚拟仿真实验项目课时：     16     

2-2 课程目的

本实验课程的搭建起始于2020年新冠疫情爆发期间。为了最大程度降低疫情对正常教学进度的影响，支持学校线上教学政策，满足师生正常上课需求，特制定本虚拟仿真实验课程。经过这一特殊时期，我们意识到本校在线上虚拟仿真实验教学平台上还存在着一些短板。本课程面向校内计算机类等理工类专业而开设。本课程目前共计有8个实验，每个实验2个课时。包括电磁学、光学以及近代物理部分。按照教学大纲以及知识比重，分别为电磁学5个、光学2个，近代物理实验1个。经过2020年上半年疫情期间8个教学班的使用以及4名老师的使用，已帮助学生顺利完成了实验课程，且反响良好。除此之外，由于在线实验的灵活性，我们可以针对线下难以操作或具有一定危险性的实验进行验证，包括电荷的辐射实验，核能实验等。此类线下无法展开的实验，在线上就可以方便的进行验证和探究。基于以上工作和效果，以后还可以结合虚拟现实技术和3D技术等开展更多实验。

2-3 目前实验开设情况及存在的教学难题

本实验目前开设8个实验内容，曾用于8个班级的教学，反响良好。由于学生实验环境的不稳定性，要求实验平台具有跨系统、跨设备、跨平台的通用性，即要求在Windows、Linux、MacOS等系统上都能使用，还要求在PC端、手机端、平板端等都能正常运行。在各类技术比对中，跨平台方面，我们筛选掉了Flash程序、java程序、Python程序等通用平台，理由是其运行环境搭建繁琐费时，且对移动端不够友好，技术面临淘汰等问题；最终锁定到HTML5技术。在技术运用上，曾考虑过将各类基于HTML5的实验进行打包分发，方便学生下载到本地进行实验。但意识到其存在明显缺点，即若后期实验内容进行修订和变更，就得再次进行分发，管理成本加大，得不断迭代版本号。

经过技术比对和筛选，最终选择转为搭建专门的实验课程网站，实验网址为：https://www.vphylab.xyz/ 。学生只需要访问网页即可实验。在云服务商处开通服务器，注册域名，搭建网站，编制讲义，录制课程教学视频之后，基本完成了虚拟仿真实验课程的搭建。同时，考虑到多名学生同时观看课程视频给服务器可能带来的压力，课程视频调用云存储技术，将网站内容与视频内容分别存放，以保证流畅的实验教学，缓解服务器压力。

本课程经过计算机193、计算机194班、计算机213班以及其他若干班级的使用下运行良好。来自全国各地的学生，通过手机，平板，笔记本电脑，台式机等设备都能正常实验，服务器性能占用率较低，工作稳定，从未宕机，具有高度可靠性。

但现有实验内容还略微简略，需要进一步丰富内容，并将实验内容扩充到力学等其他内容中，再结合虚拟现实（VR）技术，增强学生的参与感，激发学生学习兴趣。仍在结合VR技术等其他技术开发进一步的实验内容。

2-4 项目建设的必要性

线下实验往往是两三个人一组，使用一台设备，而线上实验可以让学生能够独立地完成实验，独立思考，对实验课知识的理解更加深刻。此外，部分实验内容不适合在线下进行实验和演示，有的存在难度，有的存在一定的危险性，有的变化过程过于快速，都难以对实验进行有效观测和探究。

比如，在线下实验中，为了描绘静电场，实验室中使用的是模拟法进行描绘，即利用电路中的正负极代替正负电荷，测量正负极间的电势差来找等势面，虽然可以找到等势面，但本质上是电流的效果，而非电场，只是其图像和电场类似而已。之所以用模拟法，是因为带电小球的制备和存放具有一定难度，且具有一定危险性。学生曾对此颇有疑问。转为线上之后，便可以直接对电荷进行研究。尽管该电荷是虚拟的，但背后的物理规律是一样的，不存在模拟的疑问。

此外，在动态电场的变换下电磁学中，运动的电荷产生变化的电场，进而激发出磁场，产生电磁波。在线下实验中便无法开展，即便开展，其代价也会非常高昂，且不直观（因为无法直接看到电磁波）。转到线上之后，便可以图形化的展示运动电荷的电场线，不仅可以调整各类参数，且可以随时暂停，观察其传播途径和电场线的形状，让学生对电磁辐射有直观的认识。

有些实验具有高度危险性，且根本不现实，但学生对此抱有高度的好奇心。比如实验8“核弹的威力”，实验内容是研究如果爆发核弹，将对城市造成什么样的破坏和影响。现实中无法做此类实验的，但在线上，利用虚拟仿真技术，可以对不同类型的核弹造成的影响进行模拟推演，让学生充分认识到核弹的威力，珍爱和平，热爱祖国。

还有一些实验正在开发中，且结合虚拟现实技术，让学生能够身临其境的观察自然环境。比如，在万有引力以及天体物理中，结合VR技术和头戴显示器，学生能够进入虚拟环境，直观的看到太阳系的尺寸，行星的大小及其运转，星系尺度，时空弯曲等体验，激发学生学习兴趣，唤起学生对自然科学的热爱。据此还可以将课程与其他教学活动有机结合，比如拓展到科普展馆中，丰富学校展馆的建设等。这使得该课程未来的发展方式具有很高的探索价值。

2-5 建设内容

本课程将在以下知识板块中进行建设：

1.电磁学：现有课程包括了最基本的电荷、电场、磁场、电磁辐射等内容，还需要丰富的是电磁场的变化、电路等部分。

2.光学：此处已开展了光的反射折射，干涉和衍射实验，但内容还不够丰富，需要加上牛顿环、迈克尔逊-莫雷干涉实验等。

3.近代物理：近代物理实验一般只有物理学专业才会去做，但开展虚拟仿真实验后，感兴趣的其他专业同学也可以方便的进行探究。此处目前只有一个实验，计划加上波粒二象性实验，量子纠缠等线下难以验证或观测的实验。

4.力学：此处实验项目还是空白，需要建设刚体平动规律、刚体转动规律、转动惯量、碰撞、约束运动、能量守恒等实验内容。

5.热学：热学实验项目需要建设热传递，等温变化、等体变化、等圧変化、绝热过程，内能与热传递等实验。

6.科普：此处目前实验内容为零。为满足学生的探索欲和求知欲，为普及科学知识，计划增加该板块内容。结合VR技术等多媒体技术优势，激发其他专业学生对科学的探索欲，关注自然科学的进展。

2-6 预期效果与应用计划

本课程预期在三年内将逐步完成上述内容的建设，丰富实验项目。将开放满足教学需求的实验项目，同时将最大化增加满足课外探究需求的实验项目，每个实验内容都将接受学生和教师的反馈进行优化、更新，保证服务器的稳定流畅。

由于本课程采用网站服务形式，只需要输入域名即可访问和开展实验，不受平台和终端设备的约束，可以很方便的向其他专业进行推广。比如针对艺术生，可以向他们推广科普板块，并让艺术生参与到虚拟场景的设计中，锻炼他们的设计能力，美化实验界面等，促使学生和本课程共同成长。另外，结合计算机学院的专业技术能力，还可以期待在物理和计算机的交叉学科领域取得一些成果。

2-7 面向学生要求

（1）  专业与年级要求：

针对电磁学、力学、热学、光学及近代物理部分，本课程适合大一大二学生学习物理基础知识时进行实验，一般为理工类专业，包括计算机专业、电信专业、电气专业及农电专业等。同时需要学生掌握基本的数学技能和计算机应用技能。

（2）  基本知识和能力要求等：

学生应该掌握基本的高等数学、线性代数，大学物理理论课程等，并具有一定的动手能力和探索能力，要学会在实验中思考，独立完成实验的能力。