1、 高等学校物理实验课程教学研究项目 中 期 检 查 报 告 项 目 编 号 01-201601-30 项 目 名 称 物理实验远程教学系统的研究与探索 完 成 单 位 大连大学 实 施 时 间 2016.08-2018.08 项目负责人 部德才 项目组成员 徐朋、 刘军、 吴迪、 张宏剑、 霍飒、 李艳琴、戚非、孙正全 填 报 时 间 2017.07.16 目 录 一、 研究工作 主要进 展 情况1 二、 已取得的 阶段研 究 成果3 三、 经费使用 情况 3 四、 存在的 问题 与下 一 步工作计 划3 五、 附件5 第 1 页 共 11 页 一、研究工作主要进 展情况 自项目批准立项以来，
2、 项目组成员按照项目的预期研究内容开展了相关研究 工作， 主要包括远程控制实验项目的设计和虚拟实验教学软件的开发工作。 具体 进展情况如下： 1. 基 于互 联网的 物理 实验远 程异 地操作 （1）改 进现有 实验仪 器的硬件 装置， 实现了 仪器的远 程控制 。针对 “磁性 液体表观密度测量” 和 “磁性液体表面张力系 数测量”2 个实验项目 ， 对原有实 验装置硬件电路改进并调试， 使实验仪器可以通过远程控制实现异地操作。 实现 2 个实验项目共用同一套仪器。 （附件 1） （2）分别编制完善 2 个实验项目的远程操作软件并调试，包括服务器端程 序和客户端程序。实现了异地客户端的人机对话
3、。 （附件 2） （3） 设计制作了基于 LabVIEW 的声波测距系统， 在 PC 机上开发并 用于短 距离精确测量的非接触声波测距系统， 引进 LabVIEW 虚拟仪器开发软件并设计 出用于该系统的虚拟信号发生器和虚拟数字示波器， 在声速已知的条件下， 通过 计算输入虚拟示波器的两列波的相位差测算出距离。 （附件 3） （4）完成网络服务器和视频服务器的配置，在 Linux 操作系统下，通过其 IPtables 防火墙技术进 行端口映射，实现了互联网上的计算机通过访问服务器， 间接访问本地实验计算机， 异地完成实验过程。 同时， 远程视频服务器将实验现 场视频实时传送给学生，达到了真实实验
4、的效果。 （附件 4） 2. 设 计开 发了基 于虚 拟仪器 的 数 字示波 器仿 真实验 教学 程序 利用LabVIEW 强大的数据采集、 处理和程序设计功能， 设计开发了数字存储 示波器仿真实验程序。 主要由信号输入模块、 数据处理模块和波形显示及存储模 块组成， 通过软件编程实现信号的显示及测量等功能。 在虚拟示波器上集成了虚 拟信号发生器， 可在声卡采集和虚拟信号输入之间切换。 实验结果表明该虚拟示 波器基本实现了传统示波器的功能， 且运行可靠、 性能良好， 能适用于普通实验 室正常的使用需求。 采用 PC 技术和 LabVIEW 技术设计了虚拟数字存储示波器，程序实现了信号 输入、
5、数据处理、 波形显示和存储等功能。 测试结果表明用声卡采集外部待测信 第 2 页 共 11 页 号数据， 整个系统性价比高、 通用性强、 界面友好、 数据存储方便， 性能稳定可 靠。 在声卡性能越来越好、 成本越来越低、 普及率越来越高的情况下， 这种办法 值得在工程测量应用及相关实验室中进一步推广。 还可以实现信号发生器及万用 表等设备在音频范围内的基本功能。 但是由于受到声卡A/D 转换性能的限制， 其 最大采样频率不超过44.1kHz，频率范围也只能局限于音频范围内。 图1 “电 子示 波器 的使 用”实 验虚 拟仿 真程 序操 作界面 图2 “电 子示波 器的 使用 ”实验 虚拟 仿真
6、 程序 代码 图3 “电 子示波 器的 使用 ”实验 虚拟 仿真 程序 运行 结果 第 3 页 共 11 页 二、已取得的阶段研 究成果 1. 远程 控制 实验 装置 的研制 和 程序 设计 （1） 磁性液体表观密度测量实验 （2） 磁性液体表面张力系数测量实验 （3） 非接触声波测距实验 （4） 虚拟数字示波器仿真实验程序 2. 已 发表相关 课题内容 研究论 文1 篇 （指 导本科生 发表） 徐显， 部德才 * ， 周永 磊， 郭东辉， 温佳琪. LabVIEW 环境下的声波测距 系统设计J. 大学物理 实验，2017 年 8 月第 4 期发表. （附件 5） 3. 指导 学生 获奖 1.
7、 2017 年辽宁省大学生物理学术竞赛一等奖，辽宁省物理学会，部德才、 刘军；徐显，李欣，温佳琪，张腾，吕伟，2017.05（附件 6-1） 2. 2017 年辽宁省大学生物理学术竞赛一等奖，辽宁省物理学会，韩光、张 宏剑；尹健辉、李毓堃、唐鹏捷、韦佳、王嘉诚，2017.05 （附件 6-2 ） 3. 2017 年辽宁省大学生物理学术竞赛二等奖，辽宁省物理学会，韩光、何 景宜；李想、顾婕璇、李文豪、盛小航、汤智谋，2017.05（附件 6-3 ） 三、经费使用情况 该研究 项目学 校没有 给 相关配 套经费 ，1000 元项目 经费用于 发 表论文 600 元，剩余经费计划用于后期制作海报和参
8、加会议等。 四、存在的问题与下 一步工作计划 1. 存 在的问题 目前， 项目组按进度已完成部分研究内容， 设计开发了四个远程实验和虚 拟实验。存在的主要问 题是如何研制更多种类 的实验装置，以改进为 远程控制 实验。这些都需要自己 制作才能应用到教学中 ，缺少制作仪器的经费 支撑，接 第 4 页 共 11 页 下来项目组尝试向学校申请相关研制经费， 还要有充足的时间保证和人员配备， 也要有足够的技术支持、经费支持和制度保障。 2. 下一步的 工作 计划 针对目前的项目进展，后续工作计划如下： （1）设 计学生 自主学 习网站， 学生通 过互联 网访问实 现自主 学习。 学生在 该平台上可进行
9、实验预习、 操作程序下载、 实际操作、 复习等， 针对所做的实验 项目提供相应的知识拓展。 （2）将 远程控 制实验 应用于物 理实验 教学， 进行教学 实践研 究，探索 应用 于实际教学中的预期效果和经验。 （3 ）总结设计思想，优化实验 过程，撰写结题报告和制作结题海报 。 第 5 页 共 11 页 附件1 改进后 的 远程实 验装置 附件 2-1 磁性 液体表观密 度测量 服务器程序 附件 2-2 磁性 液体表观密 度测量 客户端程序 第 6 页 共 11 页 附件 2-3 磁性 液体 表面张 力系数 测量 服务器 程序 附件 2-4 磁性 液体 表面张 力系数 测量 客户端 程序 附件 3 基于 LabVIEW 的 非 接触声波测距系 统 操作程序 第 7 页 共 11 页 附件 4-1 网络服务器 IPtables 防火墙配置界 面 第 8 页 共 11 页 附件 4-2 视频服务器配置 界面 第 9 页 共 11 页 附件 5 论文录用通知 第 10 页 共 11 页 附件 6-1 2017 年辽宁省大学生物理 学术竞赛一等奖 附件 6-2 2017 年辽宁省大学生物理 学术竞赛一等奖 第 11 页 共 11 页 附件 6-3 2017 年辽宁省大学生物理 学术竞赛二 等奖
