中心概况

中心概况

1、建设背景

中北大学是一所由山西省政府与国防科工局共建，具有鲜明军工特色的多科性大学。2006年学校投资建设了“虚拟现实技术研究室”，主要以军工的仿真可视化、虚拟训练为背景进行科学研究，并取得了阶段性的科研成果。随着教育信息化改革的推进，研究室人员尝试将虚拟现实技术应用于教学实践，试图解决教学中抽象、难以理解的理论与技术问题，良好的实践教学效果开始显现。2010年9月依托山西省  “计算机实验教学示范中心”和中北大学“虚拟现实技术研究室”，成立了“中北大学计算机及应用虚拟仿真实验教学中心”，深入研究虚拟仿真实验教学技术，并开始通过校企合作等方式探索虚拟仿真实验教学系统的自主研发，研发的一些虚拟仿真实验系统取得了良好的效果。随着学校多学科可持续发展需要，军工、电力、机械、控制等学科对虚拟仿真实验教学的需求不断扩大，中心针对计算机以及相关学科已有的虚拟仿真实验教学资源进行了深度整合，2013年中心被评为省级虚拟仿真实验教学中心，并被山西省推荐参评国家级虚拟仿真实验教学中心。2014年，学校投入500万元对中心进行了重点建设，借助先进的网络化实验教学和管理平台，虚拟仿真实验教学项目快速增加，服务专业越来越广。目前可开设142项虚拟仿真实验项目，服务19个专业。

2、建设历程

中心建设经历了三个阶段：

第一阶段：初步探索、规划建设（2006-2008年）。2006年成立了虚拟现实技术研究室，启动虚拟仿真技术的研究与应用工作，初步探索基于虚拟仿真技术的实践教学方法与改革手段，学校先后投入150余万元，主要针对计算机硬件基础综合实验室、计算机软件基础综合实验室和网络工程实验室等3个实验室开展虚拟仿真实验教学研究与应用。当时，实验室的主要设备有微机原理TD-8688实验箱100套，计算机组成原理TD-CMA实验箱30套，嵌入式系统EL-ARM-860实验箱63套，TDN-MI单片机实验箱20套，二层交换机36台、三层交换机20台、核心交换机2台、汇聚交换机2台、路由器24台、Cisco2512接入路由器1台、防火墙2套、入侵检测系统2套、主控平台1台，微机213台等。2007年，中心教师李顺增副教授先后研发了“微机原理虚拟实验系统”、“计算机组成原理虚拟实验系统”和“嵌入式虚拟仿真实验系统”等虚拟实验系统，实现了基于虚拟仿真软件的电路设计、调试和程序运行等功能，开启了虚拟仿真实验教学研究与应用之路。

2008年，中心自主研发了协议分析器软件系统、僵尸网络病毒和蠕虫病毒攻防的虚拟仿真实验系统。可承担计算机组成、微机原理、C语言程序设计、数据结构与算法分析、组网工程、协议分析、信息安全等7门课程虚拟仿真实验教学，开设虚拟仿真实验项目22项。

第二阶段：重点投入、全面建设（2009-2012年）。2009-2012年，学校与企业联合先后投入800余万元,建立了虚拟现实实验室、电气及自动控制实验室，购置了控制类、环幕立体显示系统等实验设备，并对计算机以及相关学科已有的虚拟仿真实验教学资源进行了深度整合。同时，中心制定了一系列规章制度，加强了软环境建设与实验教学改革。

2009年，学校投入近100万元建立了虚拟现实实验室，购置了多通道环幕立体显示系统，为虚拟仿真实验教学提供了高度仿真的沉浸式实验环境。利用多年来在虚拟现实技术方面的科研成果，2010年中心自主开发了虚拟企业场景考察与网络设计系统，运行于多通道环幕立体显示系统中，实现了组网设计中建筑环境的虚拟场景漫游、数据中心网络设备与管线的三维可视化等功能，解决了大型组网实验中缺乏真实企业场景的问题。

2010年，中心购置了组网仿真软件GNS3，实现了传统实验平台与虚拟实验平台的虚实结合，解决了网络设备不足的问题。在硬件类实验的基础上，中心的况立群副教授将科研成果“网络化的工业组态软件”转化为计算机控制类可视化虚拟仿真实验系统，图形化了计算机控制应用系统的运行状态和监控过程，增加了7项设计型和综合型实验，拓宽了嵌入式系统的实验内容，拓展了学生实践教学的工程范围。

2012年，学校对中心进行了重点建设，联合施耐德电气有限公司共同投入500多万元新建了“中北大学-施耐德电气及自动化联合实验室”，添置了多种电气及自动控制类实验设备。中心进一步增加了专兼职实验教师队伍，开设实验增加到84项，覆盖4个学院共13个专业，受益学生4000多人。在此基础上，中心进一步研发了煤矿应急演练培训系统、车辆虚拟维修仿真训练实验系统、桁梁虚拟拆装实验系统、密闭爆发器模拟实验系统和静止火箭发动机仿真实验系统等，解决了军工、电力、机械、化工、控制等学科对虚拟仿真实验教学的需求。

第三阶段：质量优先、强化改革（2013-2014年）。2013年，中心被评为山西省虚拟仿真实验教学中心后，学校再次投入500万对中心进行了重点建设（目前已完成340万元经费的使用）,  成立了网络攻防实验室、数字媒体实验室、轨道交通与控制实验室（在建），扩建了虚拟现实实验室，新增仪器设备211台（套）、实验系统18套（10套自研）、实验项目58项，主要购置了直幕立体显示与交互系统、数据手套、头盔显示器、网络攻防系统、limp云实验管理平台、实验室资源管理平台、VRP等软硬件资源，提供了高度仿真的虚拟实验交互环境，实现了高端仪器的远程共享，为学生在任何时间、空间进行实验提供了优质的共享教学资源。

3、建设思路

按照“借助计算机学科特有的技术优势，依托良好的产学研合作平台，注重多学科交叉融合、突出军工特色，着眼地方经济发展”的建设思路，构建计算机类专业及其相关应用专业的虚拟仿真实验教学体系，持续推进实验教学信息化建设和实验教学改革与创新，力争通过3-5年将中心建设成为以计算机应用技术为核心，服务于多学科、各专业，全过程、多层次、系统化的虚拟仿真实验教学中心。

4、建设现状与规划

中心借助计算机学科特有的技术优势和良好的产学研合作平台，利用虚拟现实、人机交互等信息化技术，规划了计算机基础、网络工程、数字媒体、智能控制、工程创新5类实验教学资源，搭建了16个虚拟仿真实验教学平台，建成了实验教学系统32套，涵盖了6个学院、19个专业的142项实验教学项目,  每学年承担虚拟仿真实验任务28.5万人时数，受益学生5600人，见表1。

目前，中心的基础条件，已经达到开展虚拟仿真实验教学的要求，仪器设备共配置927台（套），固定资产1321.6万元，占地面积1500平方米，在全国同类专业中处于领先水平。中心负责人是山西省教学名师韩燮教授，现拥有一支业务素质高、敬业精神强、结构合理、相对稳定的以中青年教师为骨干的实验教学队伍，其中副高以上31人，专职高级实验师2人，实验师5人。形成了虚拟仿真实验系统自主研发为主、多学科深度融合、产学研用良性循环、部分实验具有军工背景等虚拟仿真实验教学的特色和优势。

表1 虚拟仿真实验覆盖专业列表

为了促进虚拟仿真实验教学的应用和更高层次的发展，2014年学校投入建设经费500万元，并保证今后3年每年建设经费将不低于500万元。中心将逐步在实验教学中，因地制宜使用虚拟仿真技术开展教学，本着能实不虚、虚实结合、优化资源和深化校企合作的原则，开展一系列实验教学改革和实践，研发更多优质计算机及应用虚拟仿真实验教学资源，拓宽虚拟仿真实验教学的应用领域与共享范围，力争建设成集“实验教学—系统研发—社会服务”为一体的国家级虚拟仿真实验教学中心的典范。