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【国家级】核辐射γ射线的能谱测量及其在材料改性中的应用虚拟仿真实验

学院:理学院 专业:应用物理学  试用账号:游客 试用密码:游客

(体现虚拟仿真实验项目建设的必要性及先进性、教学方式方法、评价体系及对传统教学的延伸与拓展等方面的特色情况介绍)

实验方案设计思路:

    从20世纪开始,核物理与核技术在许多科学技术领域中引起深刻的变革,派生出了许多分支学科。核物理与核技术和其他学科之间的渗透,又产生了许多交叉学科。例如,当γ射线穿过物质时,可能通过光电效应、康普顿效应和电子对效应而损失能量,从而物质对γ射线吸收。目前物质对γ射线的吸收规律广泛应用于医疗、工业、化学、材料、资源勘探、环境保护等众多领域。

    由于核辐射源的严格管控,目前很多学校的物理实验室都没有核辐射源,核辐射相关知识、能力等培养只是通过理论的讲解,效果差,需要开展相关虚拟仿真实验,为了帮助学生更好地掌握核物理相关知识、相关核测量技术,开展本虚拟仿真实验项目的第一部分。

    实验模拟过程科学合理。本实验是采用Monte-Carlo方法模拟核辐射源辐射统计规律,生成符合科学原理和统计规律的数据。在改变放射源、改变采集数据时间等不同实验条件下,得到的能谱都是根据Monte-Carlo模拟结果,严格按照科学统计规律给出。

    我校材料是一流学科,很多的材料经过辐射将改性,在材料性能改善方面发挥了非常重要的作用。其中宝石经过辐射,发生颜色的变化在我校开展了相关研究,宝石颜色的改变具有很好的展示性,能吸引学生的兴趣。且辐射不当的话,宝石会炸裂,这在实际实验室难以实现,故本实验第二部分设计了γ射线对宝石的辐射实验。根据辐射时间参数的调整,让学生去探索与设计,激发学生进一步探索其中的物理机制。

    该实验设计体现了社会责任、科学精神等课程思政的元素。本实验参考资料中介绍有关核辐射安全防护,核辐射的发现背景以及应用等知识,另外本实验使用γ射线辐射宝石,不具有残余放射线。


    实验第一部分,学生根据信号的特征选择合适的参数,需要学生探索合适的参数才能观察到信号并正确设置阈值。学生要估算并设定取数时间, 取得足够的数据量降低统计误差,启发学生的统计观念。

    实验第二部分完全是探究式拓展实验,学生可以改变辐照强度来研究宝石颜色的变化,引导学生积极探索,从而提高学生的创新能力。这部分内容实际上是核物理与材料的交叉学科实验,使学生对核物理在材料中的应用也有认识,提升学生创新意识与能力,符合虚拟仿真实验建设的根本出发点。

    

评价体系创新:

    采用过程评价方法,在实验前、实验中和试验后均设置不同问题与学生互动,引导学生通过实验过程来学习,实现个性化自适应实验教学。另外,根据查看学生实验过程的教学大数据与实验的预习情况、操作过程弹出问题回答情况,操作水平、数据处理、实验报告等环节给出综合评分。


对传统教学的延伸与拓展:

    本虚拟仿真实验克服了核辐射可能存在的危险性,也解决了纯理论教学带来的缺点问题,采用现代信息技术与实验教学的深度融合,让学生很容易掌握相关知识以及能力培养。

 

华东理工大学

实验负责人
张先梅

博士,教授,理学院副院长

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