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矿山开采与安全虚拟仿真实验教学中心

2017年04月26日 17:05  点击:[]

矿山开采与安全虚拟仿真实验教学中心简介

矿山开采与安全虚拟仿真实验教学中心依托采矿工程国家重点学科和国家级教学科研平台,按照本科毕业生必须具备的、独立的、可评估的知识、能力和素质基本要求的培养目标,立足于“虚实结合、相互补充、能实不虚”的原则,在国家“211”工程、“985”工程及重庆大学、资源及环境科学学院专项建设资金的支持下,已建设成为国内一流的虚拟仿真实验教学中心,并于2016年获批国家级教学实验中心

近几年来,通过自主研发、科研成果转化和软件企业协作等方式,重庆大学实验室建设专项经费、学院配套和企业捐助等方面共投入约1500万元,进行虚拟仿真实验教学资源建设和实验资源整合优化,形成了系统、丰富的虚拟教学实验体系,并在采矿和安全工程专业较早地开展了虚拟仿真实验教学。实践表明,在采矿、安全等专业的教学活动中应用虚拟教学实验,弥补了实验室实体实验和现场实习的不足,促使学生由被动学习向主动学习、自主实验转变,提高了学生的动手能力、工程实践能力和独立思考能力,培养了学生的创新思维和创新精神,也为采矿与安全工程专业虚拟仿真实验平台的进一步建设和完善打下了坚实的基础。

1)虚拟仿真实验教学资源

矿山开采与安全虚拟仿真实验教学中心以虚拟矿山为核心,建设完成专业基础理论、矿山开采、机电运输、通风抽采、岩层控制和安全生产等六大模块化实验系统;划分认知实训类、综合设计类和创新实践类三个层次,开发虚拟仿真实验项目67项(认知实训类实验项目32项,综合设计类实验项目30项,创新实践类实验项目5项),涵盖了采矿工程和安全工程近20门课程的实验教学,分别对应于学生知识、能力和素质的培养。最终,形成了本中心“一核心、六模块、三层次”的虚拟教学实验体系。


图  矿山开采与安全虚拟仿真实验教学资源体系

实验项目分为在线、远程和线下等三种实验类型。其中,在线实验项目为 web类型,可以直接在网页上运行;远程实验项目采用远程桌面方式,用户在自己的计算机上通过网络远程登录中心计算机,进行相关实验操作;线下试验项目属于虚实结合的实训类项目,对计算机运行速度、网络带宽和实验硬件有特殊要求,难以实现远程操作,需要到中心机房开展实验。在线和远程类实验项目可以实现远程共享

2)虚拟仿真实验教学队伍

经过近十年的建设和发展,中心已经建设成了一支结构合理、教学科研水平高、开发实力雄厚的实验教学队伍,形成了保障有力、管理高效、开放运行的实验室管理体制,拥有先进的虚拟仿真实验资源、实验设备和实验环境,能为综合性、研究型大学创新型人才培养提供强有力的支撑。

目前,中心的教师队伍共计38人,由专职教师、企业兼职教师、开发人员、网络管理人员和设备管理人员组成。其中,教学专职教师24人,企业兼职教师4名,开发人员6名,网络管理员2人,设备管理员2人;教授16人,副教授14人;长江学者、杰青、国家百千万人才等国家级人才5人,海外归国博士8人。近2年来,青年教师完成了21项实验项目的设计及开发,占总实验项目的30%。

3)虚拟仿真实验教学管理平台

按照服务与资源相结合的原则,中心建设有较为完善的虚拟仿真实验教学管理平台,实现了实验教学资源的高效管理和高效利用,扩大了优质实验教学资源的共享范围。

图  中心平台结构

虚拟仿真实验教学管理平台依托重庆大学校园网络,基于J2EE架构的B/S结构系统构建,包括虚拟仿真实验课程管理、实验教学管理、实验资源管理、实验过程管理、实验成绩统计查询、实验报告管理等功能。该平台具有开放性、扩展性、兼容性和前瞻性,能有效整合实验、实习和学生课外科技活动等教学资源,切实扩大资源影响力度,实现校内外、本地区及更大范围内的实验教学资源共享,满足多学科、多学校和多地区开展虚拟仿真实验教学的需要。

4) 虚拟仿真实验教学中心特色与创新

(1)基于真实矿山原型开发了高精度1:1三维数字化矿井,能精确演绎矿山地质构造、井巷工程、硐室和生产系统等矿山场景,实现矿山生产全过程的三维虚拟世界的实时交互和漫游。

(2)采用虚拟现实技术和数值仿真开展了开采沉陷、深井热害、突水、煤与瓦斯突出、安全逃生等实体实验难以实现的矿山灾害实验,克服了实体实验风险大、成本高、周期长、难以开展的缺陷。

(3)建立了教师科研成果转化为虚拟仿真实验项目的长效机制,保障了资源建设的持续性。

(4)通过人机互动,形成了以虚拟仿真实验教学为核心的采矿与安全新型实验教学模式,实现了从认知实验向创新探索性实验的转变。

 

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