实验项目名称：激光多普勒测速虚拟仿真实验

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实验功能：实验项目依据近代物理实验中的重点实验“激光多普勒测速实验”所涉及的激光器、光学元件、驱动元件、信号检测系统筹为实物原型，展开脚本、原理、实验、场景、报告等高仿真度设计。将多普勒效应等学生难以理解的知识实体三维化，动态展示其内部完整原理，生动形象。交互性操作设计采用专业知识与思政融合、人机交互、分层级递进等形式。

实验原理：激光器发射一定频率的激光， 由于多普勒效应的存在， 当被测物体移动时 （不是靠近你还是远离你）反射回来波的频率发生变化，回收的频率是( 光速 ±物体移动速度)/波长， 再通过两束光的干涉，光电探测器获得干涉后的频率，通过示波器检测出来，得到信号频率与速度的关系， 就可以推断出被测物体的运动速度。 实验中实际检测的是流体中的示踪粒子，利用运动微粒散射光的多普勒频移来获的速度信息的。因此它实际上测的是微粒的运动速度，同流体的速度并不完全一样。但是大多数的自然微粒（空气中的尘埃，自来水中的悬浮粒子）在流体中一般都能较好地跟随流动，微米量级的粒子可以同时兼顾到流动跟随性和 LDV测量的要求。

实验场景变化采用系统设计、菜单选择、实验引导等方式实现。线上实验形成10大步骤，同时设通关答题环节，可依顺序，任意跳步或重复操作至实验完成。

实验效果：实验项目于2022年9月在本单位上线，截至目前已服务本校学生1000余人，外校100余人，纳入物理学和光电信息科学与工程专业教学计划，已施行3个教学周期（图1）。实验项目实验光路搭建、仪器设备连线及系统仪器检测三大环节，内容层层递进、互相影响，同时包含激光原理、多普勒效应原理、信号检测、电信号滤波等基本原理，能够有效巩固学生仪器分析及信号检测研究方法学习内容，交互步骤中设置多个影响实验结果的参数或条件设置，学生可以在虚拟实验中探索不同实验条件对实验结果的影响，培养学生创新设计能力，科研综合素养，使其完整地掌握实验光路搭建、仪器设备连线及系统仪器检测的全流程实验方案（图2）。同时，实验内容与课程思政元素有机结合，以学生为中心，深度还原真实实验场景，采用互动实验模式，带给学生进入深入学习体验。虚拟仿真技术的使用拓展了基础实验教学的广度，使得学生能够接触、使用多种危险、复杂、精密的贵重设备，并可以自动检测学生操作情况，提高了实验教学效果。加深了基础实验教学的深度，克服科研条件限制，使更多的学生能够更早地熟悉操作过程，提高学生对实验的认知，培养学生的科研思维和创新意识。学生对实验项目的内容、质量、教学意义、操作界面、操作步骤及仿真程度均给予高度的评价。

图1学校开课截图

图2实验项目操作界面、实验内容等示意图