国家级虚拟仿真试验教学中心申请书-国家级虚拟仿真试验教学中心申报Word下载.docx
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实验教学示范中心主任
姓名
黄鹤松
性别
男
年龄
42
专业技术
职务
教授
学位
博士研究生
联系固话/手机号码
053280691703/
13789870815
主要职责
全面负责虚拟仿真实验教学中心的实验教学、建设和管理工作。
主持制定虚拟仿真实验教学中心的建设规划，负责虚拟仿真实验教学体系、课程体系和实验内容的制定与改革，负责虚拟仿真实验教学资源和共享平台建设，虚拟仿真实验教学的日常管理工作，制定虚拟仿真实验中心的师资培养计划，负责和学校、学院的工作联系等。
工作经历
1.实验教学管理工作：
1999～2002年作为电子工程系副主任、主任负责教学和实验室工作；
2003～2007年为电工电子实验教学中心副主任负责实验教学工作；
2007～2011年为山东科技大学国家级电工电子实验教学示范中心副主任负责实验教学工作；
2012～2014年为学院副院长分管教学、实验中心工作并兼任电气与控制工程虚拟仿真实验教学中心主任。
2.本科生理论与实验课程：
担任本科生数字电子技术基础、微机原理及应用、单片机原理及应用、智能仪器等课程的理论与实验教学工作；
指导本科生生产实习、课程设计、毕业设计、学科竞赛等实践教学环节；
指导本科生利用Matlab、Multisim、Protues、Keil、WinCC等工具与仿真软件进行实验、设计、竞赛等各教学环节。
3.科研及社会兼职：
主要的研究方向是传感器与智能仪表、自动检测监控与系统集成，承担了煤矿企业委托的多个煤矿电气、煤矿自动化相关的技术改造和技术开发项目。
目前担任煤炭工业技术委员会电气专家委员会委员、山东省机器人研究会副秘书长、山东省自动化学会嵌入式专业委
员会副主任委员兼秘书长等。
主要教学成果：
1、国家级视频公开课，机器人技术与应用，负责人，2014（爱课网上线）。
2、国家级实验教学示范中心，电工电子，副主任，排名第2，2007-2012。
3、国家级特色专业-自动化，主要成员，2008-2012。
4、国家级特色专业-电子信息工程，主要成员，2010-2014。
5、国家级双语教学示范课程-单片机原理及应用，主要成员，2010-2014。
6、国家级人才培养模式创新实验区-具有地方与行业双重特色的电气信息
类专业，主要成员，2009-2014。
7、省级精品课程-微机原理及应用，负责人，2011-2015。
教研
8、国家级教学成果二等奖，具有地方和行业特色的电气信息专业群‘三位
科研
主要
成果
一体’人才培养体系建设与实践，第五完成人，2009。
9、山东省教学成果一等奖，电气信息类专业群创新人才培养体系建设，第
（科研成果限填5项）
五完成人，2009。
10、山东省教学成果一等奖，电类专业国家级教学平台建设与大学生实践能力和创新能力培养，第十完成人，2014。
11、山东省教学成果二等奖，“研究性、自主性、开放性”三位一体的电
工电子创新性实验教学模式的研究，第二完成人，2014。
12、全国煤炭教育优秀研究成果一等奖，依靠高水平学科平台培养电气自
动化类创新型煤炭工程技术人才，第五完成人，2010。
主要科研成果：
1、发表学术论文40余篇，SCI、EI收录9篇；
获国家授权专利6项；
软
件著作权5项。
2、主持、参与国家自然科学基金、省部级科研项目6项。
3、国家安全生产科技成果二等奖，3/10，2011；
山东省科技进步三等奖，
3/6，2011。
虚拟仿真实验教学中心
教师基本情况
正高
副高
中级
其它
博士
硕士
学士
总人数
平均年龄
人数
11
23
16
33
14
3
50
占总
人数比例
22%
46%
32%
66%
28%
6%
实验教学情况
实验课程数
面向专业数
实验学生人数/年
实验人时数/年
19
2600
157360
2.建设内容
2-1虚拟仿真实验教学中心的建设概况
2-1-1现状
我校是原山东矿业学院，具有深厚的煤炭行业背景，1999年归属山东省后，更名为山东科技大学。
学校始建于1951年，现已发展成为一所工科优势突出，煤炭行业特色鲜明，工学、理学、管理学、文学、法学、经济学、艺术学等多学科相互渗透、协调发展的省属重点大学，是山东省重点建设的5所应用基础型人才培养特色名校之一。
现有9个博士后科研流动站；
8个博士学位授权一级学科，43个博士学位授权二级学科；
24个硕士学位授权一级学科，127个硕士学位授权二级学科；
6个硕士专业学位类别，其中工程硕士包含19个授权领域；
78个本科专业。
有国家重点（培育）学科1个，省部共建国家重点实验室培育基地1个，国家地方联合工程研究中心1个，省部级重点学科、实验室（基地）和工程（技术）研究中心61个，其中教育部重点实验室1个、教育部工程研究中心1个。
2002年山东科技大学组建了电工电子实验中心，2007年获批国家级实验教学示范中心建设单位，2012年通过教育部验收；
2002年将电气工程及其自动化、自动化为核心的相关专业实验室组建了山东科技大学电气与自动化实验中心，2008年获批山东省实验教学示范中心。
2009年，学校以控制科学与工程、电气工程两个一级学科为支撑，国家级电工电子实验教学示范中心、山东省电气与自动化实验教学示范中心为依托，利用教育部矿山生产安全检测技术与设备工程研究中心的相关研究室，并联合尤洛卡矿业、山东能源集团、兖矿集团、泰开电气集团、青岛天信电气等相关企业，以应用创新型人才培养为目标，创新人才培养模式，整合校内已有的相关仿真实验教学资源，推进实验教学改革，将电路仿真实验室、电子技术仿真实验室、单片机系统仿真实验室、EDA/SOPC仿真实验室、DSP仿真实验室、电机与拖动仿真实验室、电力系统仿真实验室、电力系统继电保护仿真实验室、电力系统自动化仿真实验室、运动控制系统仿真实验室、过程控制系统仿真实验室、工业自动化仿真实验室、物联网技术虚拟仿真实验室、机器人仿真实验室、矿山供电仿真实验室、煤矿自动化虚拟仿真实验室等实验室整合成立了山东科技大学电气与控制工程虚拟仿真实验教学中心（以下简称“中心”）。
中心现有教师50人，其中，教授11人，副教授及高级实验师23人，33人具有博士学位。
教师队伍中，享受国务院政府津贴2人，山东省有突出贡献的中青年专家3人，山东省教学名师1人，青岛市教学名师2人，中心已经构成了一支以高职称教师为主体、专兼职相结合、中青年博士为骨干的高水平实验教学队伍。
中心获批1门国家级精品资源共享课，1门国家级视频公开课，5门山东省精品课程，还有1个山东省协同创新团队，2个校级科研创新团队。
5年来，中心人员获国家教学成果二等奖1项，省部级
教学成果一等奖3项，二等奖1项，出版教材及实验教材20余部，发表实验教学研究论文70余篇，指导的学生参加各类学科竞赛获国家级、省级以上奖励500余项。
中心主要服务于电气工程及其自动化、自动化、电子信息工程、通信工程、物联网工程、机械设计制造及其自动化、机械电子工程、测控技术及仪器、过程装备与控制工程、采矿工程、安全工程等全校11个本科专业，涉及19门课程，实验项目共53个，每届受益学生2600余人。
中心同时还承担研究生培养工作，每年培养硕士、博士研究生170余人。
中心自主研制了400多台套的虚拟信号分析仪、模拟电子实验系统、数字电子实验系统、单片机实验系统等，拥有包括电力系统综合自动化实验实训综合仿真平台、过程控制模拟仿真系统等十余种60余台套的仿真实验平台，并利用科研优势研制了喷浆、假肢、搬运等机器人系列仿真系统，根据行业特点由科研项目转化了一批包括煤矿矿井排水、压风机、通风机等自动控制仿真系统以及粉尘监测、人员定位等监测监控仿真系统。
中心还拥有曙光4000高性能计算机、SGI高端图形服务器和工作站20余台，虚拟现实立体多通道投影设备1套，还有大型绘图仪以及数据手套、头盔显示器等多套虚拟仿真专业设备，建筑面积4000平方米，固定资产3600多万元。
中心依托国家级电工电子实验教学示范中心、山东省电气与自动化实验教学示范中心、矿山安全检测技术与自动化装备国家地方联合工程研究中心、山东省机器人与智能技术重点实验室，建立了基础层、专业层、特色层由电工电子类、电气类、自动化类、机器人类、矿山电气自动化类等多个模块构成的16个虚拟仿真实验室。
中心的实验室结构如图1所示。
基础层
专业层
特色层
电工电子类
电气类
自动化类
电
电 子
路 技
仿 术
真 仿
实 真
验 实
室 验室
E
DA
/SOPC
仿真实验室
单 电
片 D 机
机 S 与
系 P 拖
统 仿 动
仿 真 仿
真 实 真
实 验 实
验 室 验
室 室
电 力
力 系
系 统
统 自
仿 动
真 化
实 仿
验 真
实
室 验
室
力系统继电保护仿真实验室
运
动控制系统仿真实验室
过
程控制系统仿真实验室
物
联网技术仿真实验室
机
器人仿真实验室
矿
山供电仿真实验室
煤
矿自动化仿真实验室
工业自动化仿真实验室
图1中心的实验室结构图
2-1-2总体建设规划
（1）建设理念
根据国家级虚拟仿真实验教学示范中心建设要求，以我校控制科学与工程（一级学科博士点）、电气工程（一级学科硕士点）两个一级学科为学科优势，依托国家级电工电子实验教学示范中心、山东省电气与自动化实验教学示范中心为依托，利用矿山安全检测技术与自动化装备国家地方联合工程研究中心、山东省机器人与智能技术重点实验室，把中心建设与学科建设紧密融合，实验教学与理论教学一体化，形成了
“以培养学生工程实践能力和创新精神为目标，以高水平学科平台为依托，夯实基础，强化综合，倡导创新”的实验教学理念。
（2）总体建设目标
根据国家虚拟仿真实验教学中心建设的指导思想与原则，针对电气工程类与控制工程类虚拟仿真实验教学的需求，为大力培养地方与行业双重特色的应用创新人才，创造可靠、安全和经济的教学条件，经过3～5年的建设，将电气与控制工程虚拟仿真实验中心建设成国内一流水平，起到良好的示范作用。
（3）建设主要内容
根据中心目前的虚拟仿真实验项目与特色，加强和完善一批现有虚拟仿真平台上的实验项目，研制和自制一批具有地方和行业特色的虚拟仿真实验系统或平台，建设和开发一批具有开放性、先进性、特色鲜明的具有自主知识产权的虚拟仿真实验教学平台。
加强和完善学校统一的具有开放性、扩展性、兼容性、前瞻性的虚拟仿真实验教学管理和共享平台（信息化、网络化）建设，实现应用信息的及时发布、实验教学资源的高度共享，达到实验教学资源的高效管理。
建设一支教学、科研、技术、管理人员相结合，核心骨干人员相对稳定，职称、年龄、知识、能力结构合理的虚拟仿真实验教学团队，形成一支教育理念先进，教学科研水平高，信息技术应用能力强，实践经验丰富，团结协作、勇于创新的虚拟仿真实验教学和管理队伍。
加强虚拟仿真实验教学中心的管理体系建设，以虚拟仿真实验教学资源的充分使用和开放共享为目标，制定实施保障虚拟仿真实验教学的教师工作绩效考核、经费使用管理、实验教学中心维护与可持续发展等措施，建立有利于激励学生学习和提高学生创新能力的教学效果考核、评价和反馈机制。
（4）主要建设措施
①大力推进实验教学资源建设，实现电气与控制工程相关实验教学的虚拟仿真。
在已有的各类虚拟仿真实验教学平台和自主研制的虚拟仪器、通用实验教学系统、机器人虚拟仿真系统、矿山电气自动化监测监控仿真系统的基础上，一是通过不断完善、
升级、扩充目前各类虚拟仿真实验平台上实验教学项目，二是继续加大投入、新开发具有地方和行业背景的电气类、控制类的虚拟仿真实验系统，三是新建设一批有开放性、扩展性、兼容性、前瞻性的虚拟仿真实验虚拟仿真实验项目和实验教学平台。
中心联合具有虚拟仿真能力的科技企业和煤矿集团，注重产学研用相结合、校企联合协同创新，实现科研设备、科研成果、研发人员、师资队伍、实验教学资源等资源共享，加快实现科研成果转化为实验教学内容，以进一步拓展虚拟仿真实验教学范围、丰富虚拟仿真实验教学内容，开拓学生视野、提升知识结构、培养综合设计和创新能力。
②强化实验教学师资队伍建设，努力提高教师业务水平。
针对中心实验教学涉及
电气、控制、采矿、机电、计算机等多学科、多专业的特点，按照专兼结合的原则，重点培养与引进电气工程、控制工程既具有专业背景，又具有较强计算机技术或软件工程应用能力的虚拟仿真复合型人才，合理配置学科专业教师与信息技术研发人员。
注重青年教师的培养，通过协同创新、联合研发与企业建立教师与企业研发人员的双向交流机制，吸收有企业背景的人员参与虚拟仿真实验教学中心建设。
加强国内外学术交流，定期选派中心教师到国内外著名大学学习交流。
依托学科建设，打造高水平实验教学团队。
通过不断引进和培养优秀人才，建成一支学历结构、年龄结构和职称结构更加合理，具有丰富实践教学经验的专、兼职结合的高水平实验教师队伍。
③强化学校信息平台建设，实现实验教学资源的高效利用与共享。
电气类、自动
化类、机器人类、矿山电气自动化类等虚拟仿真实验与科研需要较大数据存储，针对校园网存储方式单一、重复存储、资源分配不均等状况，基于云计算平台，构建云存储系统。
在已有的校园网覆盖学校全部教学、科研、管理与建筑的基础上，大力推进中心无线网络覆盖建设，实现无线网络无障碍连接服务。
除了借助于防火墙、路由器加密等措施外，分别从物理层隔离、分域分级控制、信息流向控制等方面构建校园网信息安全立体防护体系，提供安全可靠的虚拟仿真实验教学平台链接等相关服务，使中心的实验教学资源能够得到高效利用与共享。
④规范实验教学管理机制，保障中心安全高效运行。
中心依托电气与自动化工程
学院，实行校院两级管理。
中心主任负责教育教学资源统筹调配，实验教师负责所承担课程的教学与教学改革任务，实验技术人员负责所在实验室的实验教学辅助工作，完成实验室的日常维护与管理。
将继续完善人员队伍管理办法，严格执行学校设备管理制度，通过学校、企业、自筹等多方渠道筹措到中心充足的经费，确保中心高效运行。
2-2虚拟仿真实验教学中心建设的必要性
近年来，特别是进入二十一世纪以来，社会不断向信息化、网络化、智能化方向的发展，知识更新的速度在不断地加快，知识的信息量在不断地增加，使本来就十分短缺的高等院校的教育经费、实验实践教育资源等越发显得紧张，各种传统的实验仪器设备、特别是专业类的实验仪器设备远跟不上社会应用层面的技术发展，同时，目前中国的社会体制、教育体制却没有让社会化的企业承担相应的培养大学生的教育职能、教育义务和教育责任，但社会却对新一代的大学生寄予了更多的希望和提出了更高的要求，迫切希望他们大学期间在获得扎实的专业理论知识体系的同时，还希望他们能获得较高的动手实践能力，特别是对电气信息类、自动化类、机械类等传统的工科专业人才提出了更高的要求，这给高等学校的人才培养提出了严峻的挑战和更高的要求。
以我们学校为例，我校是原山东矿业学院，具有深厚的煤炭行业背景，1999年归属山东省后，更名为山东科技大学。
目前，我校的毕业生1/3出国或国内继续深造，
1/3在煤炭行业就业，1/3面向地方就业。
学校既要服务地方经济发展，又要服务煤炭行业生产。
大家知道，煤炭行业尽管近年来由于国家对煤矿的安全生产采取了关、停、并、转等一系列措施，通过大力提高生产过程的监测监控、提升煤炭的安全开采与技术变革水平、加强职业安全教育等多种渠道，百万吨的死亡率明显下降，从2005年的
2.811下降到2013年的0.288，2013年全国煤矿发生事故为604起，死亡1067人，百万吨死亡率0.288，但仍远高于欧美主要产煤国家（0.03）。
因此，我们的学生去煤炭行业去认识实习、生产实习，由于煤矿生产的安全问题、安全指标考核体系，目前，几乎没有哪一个煤矿愿意欢迎大学生去煤矿实习、让大学生深入煤矿生产第一线。
除了涉及高危和工作环境的不允许等情况，高等院校的有效经费使得学校的软硬件资源短缺，也制约着大学生在校期间对实际的实验设备、仪器、装置的真实接触。
如我校的电气工程及其自动化专业，近几年来由于国家电网扩大了对大学生的需求，每年约有20%～40%不等的学生去电力行业就业，但反映整个电力系统生产的最简化设备也不是哪个学校能够承担得起的，必须也只有通过建设电力系统仿真实验室来让学生了解电力系统生产的全过程。
但另一方面，多媒体技术、网络技术、软件技术等信息技术的高速发展则推动了各种虚拟仿真实验平台的出现和不断升级。
仅以比较流行的电路虚拟仿真软件Spice，从上世纪70年代中后期出现到现在，该仿真软件也一直伴随着30多年计算机技术的快速发展，功能在不断地增强，版本在不断地升级，到目前常用的V9.1版本；
还有曾经风靡一时的电子工作平台ElectronicsWorkbench（EWB），到现在称为且版本到了中文版的MultiSim10.0的虚拟电子工作软件；
还有最近十余年出现的能模拟部分CPU核功能的世界上著名的EDA仿真工具软件Proteus，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，实现了从概念到产品的完整设计，实现了
将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，
最近又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型；
还有开发测量与控制系统的比较理想的设计仿真通用平台LabVIEW、计算与建模比较理想的
MATLAB仿真工具软件等通用软件仿真平台。
在电力系统仿真领域，有美国EPRI开发的全面分析电力系统静态和动态性能的仿真软件工具PSAPAC、加拿大的电磁暂态分析软件EMTP以及由中国电力科学院引进、消化、吸收美国BPA程序开发而成的电力系统分析仿真软件PSASP等，还有控制、自动化、机器人领域各生产厂商专用的各种仿真软件。
除此之外，国内教学仪器厂商、各高等院校根据自己的需要和特点，利用自己的学校人才、技术、设备、科研等优势，并结合上述各类通用的虚拟仿真软件平台，遵循系统完整、虚实结合、节约成本等原则，设计研
制了具有模型化、小型化、开放性、扩展性、兼容性、前瞻性等特点的一批虚拟仿真实验教学平台，不少成功的虚拟仿真实验平台产品得到了较好的推广和应用。
综上所述，无论从当前社会对大学生的要求、有限教育资源的配置、信息技术（计算机技术）的快速发展，采用各种虚拟仿真平台进行虚实相结合实验、实训不仅已成为高等院校学生培养，而且也成为企业职工培训的有效途径。
对于服务于地方和行业经济建设的工科特色鲜明的电气类、自动化类、机械类等相关专业，建设好电气与控制工程虚拟仿真实验中心是我们的必然选择。
2-3虚拟仿真实验教学资源（罗列实验项目、功能及效果等）
电气与控制工程虚拟仿真实验中心主要服务于电气工程及其自动化、自动化、电子信息工程、采矿工程、机械设计制造及其自动化、过程装备与控制工程等全校11
个本科专业，涉及19门课程，实验项目共53个，每届受益学生2600余人。
同时还
承担研究生培养工作，每年培养硕士、博士研究生170余人。
中心目前开设和拥有的实验教学资源主要分3大类，分别为电工电子类、电气工程类和自动化类。
电工电子类主要包括电路仿真系统、电子技术设计与仿真实验系统、单片机仿真实验系统、EDA/SOPC仿真实验系统等；
电气工程类主要包括电力系统综合自动化实验实训仿真平台、电力系统继电保护仿真系统、电力系统虚拟仿真、矿山供电虚拟仿真系统、多回路真空电磁起动器仿真系统等；
自动化类主要包括过程控制模拟仿真系统、运动控制系统虚拟仿真、假肢机器人虚拟仿真系统、带电作业机器人仿真系统、煤矿矿井排水自动控制仿真系统、粉尘浓度监测监控仿真系统、胶带输送机自动控制仿真系统等。
由上述这些实验项目，已经形成了基础层、专业层、特色层三位一体的虚拟仿真实验教学体系，本虚拟仿真实验教学体系包括了基础层的电工电子类虚拟仿真实验项目、专业层的电气与自动化类课程虚拟仿真实验项目以及具有地方与行业特色层的机器人系列仿真系统和矿山电气、矿山自动化类虚拟仿真实验系统。
下面我们从虚拟仿真实验教学体系对实验资源进行简单的介绍。
2-3-1基础层的电工电子类虚拟仿真实验项目
实验项目1：
电路实验仿真
项目概况：
电路系统与仿真实验平台可以满足电气信息类专业培养人才的需要，独立开设电路实验教学课程，采用Multisim作为电路设计与仿真软件，如图2所示为Multisim仿真软件的界面图。
针对学生的学习和课程的特点，使学生在不同的阶段学习，通过不同类型的仿真实验，加深对理论课程的理解。
其实验项目即可以满足电路实验的要求，也可以满足电工电子学、电工学等课程的实验内容。
在实验的过程中需要不断地发现和解决问题，通过学生反馈的实验理解和掌握情况来不断调整和修订实验项目和内容，这也是一个不断探索创新的过程。
在实验过程中，采取由基础验证性实验到设计性实验再到综合提高性实验，是一个循序渐进的过程，在不断提高实验难度的过程中，让学生由浅入深，逐步掌握电路实验的相关知识，通过仿真实验，学生的学习热情大幅度提高，锻炼了学生的创新能力和实际动手能力，利于人才的培养。
图2仿真软件界面
仿真系统结构与功能：
电路系统与仿真实验的教学体系由电路实训实验台、常用的测量仪器如示波器、万用表、信号源、计算机以及实验教学软件等构成，实验仿真教学软件采用Multisim软件，也可以采用PSPICE，在实际硬件实验的基础上进行相应的虚拟仿真实验，可以跟硬件结果进行对比，将两者相结合，以软件学习促进硬件知识的掌握，图3为实验所用的电路硬件实验台。
图3电路实训实验台
系统效果及特色：
（1）实验效率提高：
采用Multisi
升级会员 