科大奥锐首创了虚拟现实型教学软件,近20年的仿真开发技术积累。教学产品已在国内外900多所高校得到教学应用。
公司目前已配合国内高校成功申报24门国家虚拟仿真一流课程,涉及物理学、天文学、核工程类、电子信息类、轻工类、艺术类的不同方向,其中物理学项目占比近50%。
公司可协助学校申报的专业方向:
(1)物理系列专业(普物、X射线系列、凝聚态物理、光学等)
(2)核物理及原子物理系列专业
(3)电子电工系列专业
(4)电气工程专业
(5)化学、化工系列专业
(6)光学工程系列专业
(7)LED半导体照明系列专业
(8)集成电路制造、封装虚拟仿真系列专业
(9)激光器系列专业
(10)大型仪器系列专业
(11)材料科学系列专业
(12)新能源系列专业
(13)天体物理系列专业
(14)军事类专业
(15)量子光学与量子通信系列专业
(16)艺术类专业
(17)思政类专业程
(18)及其他满足申报要求的专业
二、提供的申报服务
科大奥锐可学校提供"虚拟仿真实验教学管理平台建设、虚拟仿真实验教学课程定制开发服务、等保测评支持服务、实验简介视频/教学引导视频制作服务、实验课程运行保障服务"等全套服务。
学校可通过校级虚拟仿真实验教学管理平台集成全校的虚拟仿真实验教学课程,完成与实验空间数据互联,统一办理二级等保服务。
奥锐公司平台按照国家虚拟仿真实验教学课程共享平台ilab-x网站对接服务要求建设,符合对接标准,可直接对接ilab-x网站。对于学校已有校级虚拟仿真管理平台的,奥锐公司项目申报管理系统建设中,也提供将项目与学校已有的校级平台进行对接服务。
虚拟仿真项目开发流程:
三、提供的申报服务
(1)对全校的虚拟仿真实验进行管理及申报
以校级平台为基础,整合全校虚拟仿真课程资源进行统一管理。在实验课程建设与迭代的过程中,校级平台可支持校内师生的日常实验教学使用,也可将实验开放共享给校外,让更多人参与体验并获取评价与反馈。
(2)支持在线教学并保留学习记录
(3)符合教育部ilab实验空间数据对接规范
(3)支持实验操作并发操作,提供队列提示服务
四、虚拟仿真实验教学课程定制开发服务
功能特色
(1)实验教学专家带领的专业开发团队更好地理解客户需要,有效减轻用户沟通成本。
(2)成熟、规范的项目流程,确保项目符合质量要求。
(3)组件式仿真,通用性强,可提供3D、VR、WebGL、2.5D不同运行方式,支持Windows系统和国产化操作系统运行。
(4)采用新一代的技术建立高度逼真的三维虚拟仿真场景,体验感好。
(5)对实验全面建模,支持原理数学建模+实验操作过程建模,不同操作实验现象不同,实验真实度高。
(6)智慧视角降低操作复杂度,易操作。
(7)实验考核全面,支持实验数据、操作状态和实验过程评判。
五、等保测评支持服务
(1)提供服务器租赁、项目托管服务;(2)提供以学校为主体办理二级或以上等保服务;(3)提供二级等保测评整改服务。
六、实验简介视频/教学引导视频制作服务
七、用户案例
......
一、定制开发方向
科大奥锐首创了虚拟现实型教学软件,教学产品已在国内外900多所高校得到教学应用。历经20多年积累,我们开发出涵盖大学、职教和中学等系列仿真实验,可为高校、职教、中学和企业等用户提供虚拟仿真制定开发服务。
方向涉及:
(1)物理仿真
(2)核物理仿真
(3)X射线仿真
(4)凝聚态物理仿真
(5)光学仿真
(6)量子信息仿真
(7)激光器仿真
(8)天文仿真
(9)集成电路工艺仿真
(10)电子电工仿真
(11)电气仿真
(12)光电器件仿真
(13)化学、化工仿真
(14)材料类仿真
(15)新能源仿真
(16)医学仿真
(17)艺术类仿真
(18)思政类仿真
(19)大型仪器仿真
(20)工厂实训仿真
(21)其他类型
二、仿真种类
(1)可承担2.5D、3D、WebGL、VR、AR、XR、裸眼3D等不同类型仿真。
(2)可对接HTCVIVE,PICO,裸眼3D设备等市面主流设备。
(3)运行环境支持PC端Windows系统和国产化操作系统,移动端Android和苹果iOS系统。
(4)支持软、硬件结合的仿真实验和数字孪生定制。
三、开发特色
四、案例介绍
聚焦离子束系统虚拟仿真实验
低温强场下材料的磁性测试与结构表征虚拟仿真实验
加速器质谱仪(AMS)虚拟仿真实验
托卡马克等离子体物理虚拟仿真实验
强激光下材料超快动力学虚拟仿真实验
基于生产环境的集成电路光刻工艺互动式虚拟仿真实验
量子保密通信虚拟仿真实验
高能天体物理空间探测虚拟仿真实验
制革脱毛生产实训及脱毛效果可视化监测虚拟仿真实验
塑料合金配方设计及挤出造粒制备实验原料系统
高能量密度铝壳锂离子电池的安全生产
色彩与光环境虚拟仿真实验
根据国务院《国家职业教育改革实施方案》、教育部《职业教育提质培优行动计划(2020—2023年)》要求,职业教育需要每年向社会输送数以千万计的高质量技术技能人才。实践性教学学时原则上占总学时数50%以上,顶岗实习一般6个月,为此需要加强实践性教学,需要积极推行认知实习、跟岗实习、顶岗实习等多种实习方式,深入推进“学历证书+若干职业技能等级证书"(简称1+X证书)制度试点,建设一批资源共享,集实践教学、社会培训、企业真实生产和社会技术服务于一体的高水平职业教育实训基地。
针对职业教育实训面临看不到、进不去、成本高、危险性大等特殊问题,基于虚拟仿真实训建设职业教育虚拟仿真实训基地,既是改革传统教学育人手段,推进人才培养模式创新的迫切需要,也是强化教学、学习、实训相融合的教育教学活动,有效弥补职业教育实训中看不到、进不去、成本高、危险性大等特殊困难的重要措施。为此教育部2020开始,开展职业教育示范性虚拟仿真实训基地建设工作。
将职业教育示范性虚拟仿真实训基地打造成集教学、实训、培训、科研、竞赛、科普等功能于一体的综合性实训基地、虚拟仿真实训教学资源校企协同开发平台和虚拟仿真实训技术成果展示与应用推广平台;解决实训教学过程中高投入、高损耗、高风险及难实施、难观摩、难再现的“三高三难"痛点和难点;发挥示范、引领、辐射、带动作用,为推动现代职业教育高质量发展增效赋能。
采用新一代3D和VR虚拟仿真实训技术与学校教学实训深度融合,构建具有感知性、沉浸性、交互性、构想性、智能性的虚拟仿真实训教学场所,搭建以实带虚、以虚助实、虚实结合的虚拟仿真实训系统,有效解决实训教学过程中的“三高三难"痛点和难点。
建立健全专门的管理机构,设置专门的管理人员,制订完善的管理制度、运行机制、考核规定等实训基地维护与可持续发展的保障措施。建立有利于增强学生自主学习和就业创业能力、提高各级各类实训教学和职业培训质量的教学效果考核、评价和反馈机制。
虚拟仿真实训教学基地的建设包含仿真实训资源+教学环境+教学管理(教学管理、场地管理、资源共享)+教学评估等的整体建设方案。其中,虚拟仿真实训资源是基础,教学环境(终端设备、服务器、网络环境、实训场所)等是教学开展的支撑,教学管理和评估是纽带和总控,将各种教学要素有机的结合起来,完成实训教学目标。
针对实训教学过程中的“三高三难"问题,有针对性地开发虚拟仿真实训资源,切实遵循“以实带虚、以虚助实、虚实结合"原则,对传统实训教学模式进行创新再造,实现实训教学的生动性、趣味性、互动性和自主性。科大奥锐有20多年的虚拟仿真实验开发经验和专业的开发团队,产品涉及集成电路虚拟实训、电子电工、电气工程、光电器件制造、材料、新能源、护理类方向等专业方向。
集成电路制造工艺虚拟仿真
倒装LED芯片制备虚拟仿真
高压变电站虚拟仿真
塑料合金配方设计及挤出造粒制备系统虚拟仿真
熔喷工艺原理及聚丙烯非织造布生产虚拟仿真
软包电池制膜工艺、装配与爆燃事故虚拟仿真
虚拟仿真实训设施设备应达到行业企业前沿技术和新业态所要求的先进水平,并伴随行业企业发展与时俱进地持续更新升级。虚拟仿真实训设施设备还应与实训教学模式及虚拟仿真实训资源的展现形式相匹配。建议选用不易造成身心不适感的新技术设施设备,比如桌面式操作一体机、沉浸式大屏等。
专业实训中心
虚拟仿真研创中心
虚拟仿真实训教学管理及资源共享平台用于对虚拟仿真实训教学场所、虚拟仿真实训设施设备和虚拟仿真实训资源进行跨专业、跨院校、跨地域的统筹管理,具备虚拟仿真实训教学过程的监控分析及虚拟仿真实训资源汇聚分配的管控统计等功能。
(1)资源的学校统一管理,资源校内、校外共享管理,提供跨平台浏览器和多硬件终端适配技术。
(2)可按照学校实训计划开展相应的虚拟仿真实验实训,管理教师、学生、实训场所、每次实训安排等。
(3)通过实训全流程的实时数据采集和汇总,实现数据汇总、分析、教学决策等。
(4)提供数据接口,与外部系统互通互联,包括学校教务系统、实习实训系统、智慧校园一卡通系统等。
一、建设背景
微电子和IC行业是一个国家原创竞争力的核心,是现代信息社会的基石。培养微电子专业人才,振兴我国的微电子和IC行业,能够自立自强已经成为刻不容缓的大事。
"工艺学"是实践性很强的学问,课堂讲授工艺学可以视为"说工艺",以集成电路工艺的复杂性、隐形性(摸不着,看不见)、精密性,以及工艺细节的严格要求,单方面用"说工艺的方式"很难说清楚。
由于学校实验设备远远落后于实际生产设备、实验条件苛刻、存在危险性等原因,导致高水平实验,特别是研究探索型实验难于开展,使教学与实际生产严重脱节,影响了高素质的人才培养。
二、建设思路
以实际生产设备为虚拟仿真蓝本,采用3D仿真技术,用显形化、透视化方式呈现,制作成互动式虚拟仿真实验,将生产案例用于实验教学。
从“说工艺"到“做工艺",把“说"和“做"有机结合起来,解决实践教学中的“卡脖子"难题,使得学生理论结合实践探索能力方面有较大的提升。提升学生的工程实践能力,培养学生的创新精神和工匠精神,为学生从事半导体制造业等工作奠定良好基础。
三、建设内容
集成电路工艺虚拟仿真涉及:晶圆制造+集成电路制造+IC封装
依托实际生产环节设备为蓝本,按照8英寸实际生产线流片的要求,对实际环境、设备、流程、参数、原理等进行3D仿真研发。
(1)用虚拟仿真的形式构建了集成电路"生产线"(关键工艺设备)。
(2)用实际0.18μmCMOS生产设备和实际生产流程仿真"制造"了一个CMOS反相器。
(3)建立了基于"集成电路虚拟仿真仿真项目"的工艺实验教学和培训体系,和配套教学的云教学管理平台和网站。
(4)将无法实现的"高阶实验"为现实,让学生在云平台完成"芯片制程之旅",解决了微电子工艺实验“卡脖子"难题。
集成电路制造关键工艺
(1)晶体生长晶圆片制造
(2)进入洁净室前的准备
(3)晶圆片清洗
(4)光刻
(5)刻蚀(干法、湿法)
(6)离子注入
(7)氧化
(8)扩散
(9)薄膜淀积(CVD、PVD)
(10)平坦化CMP
(11)集成电路制程整合(0.18μmCMOS反相器制造工艺)
光刻虚拟仿真
集成电路封装工艺:
前段工艺
(1)背面消减
(2)切割
(3)第二道光检
(4)芯片粘接
(5)银浆固化
(6)引线焊接
(7)第三道光检
(8)注塑
(9)高温固化
(10)去溢料电镀
(11)电镀退火
(12)激光打字
(13)切割成型
(14)第四道光检
配合学校开展《微电子科学与工程》、《微电子工艺学》、《伴导体器件》、《微电子工艺课程原理与应用》、《生产实习》、《芯片加工技术入门》、《伴导体材料与半导体工艺基础》、《集成电路芯片封装技术》等教学理论课、实验课,实践课、工艺实训使用。
四、用户案例
华中科技大学
中国科学技术大学
天津工业大学
湖南工商大学
河南理工大学
哈尔滨大学
湖南科技大学
深圳职业技术大学
江苏信息职业技术学院
苏州市职业大学
根据《国务院关于国家重大科研基础设施和大型科研仪器向社会开放的意见》(国发【2014】70号)和《国家重大科研基础设施和大型科研仪器开放共享管理办法》,科研设施与仪器管理单位需要建立统一在线服务平台,面向公众科学、有效地提供仪器设备共享服务充分发挥大型仪器的科研价值。
安徽省科大奥锐大型仪器共享管理系统基于物联网设备监控终端,围绕仪器设备开放共享、预约、使用、计费、数据上报等提供一体化信息解决方案,助力学校规范化仪器设备管理,解决仪器的分散管理难、共享效率低下、信息化程度低、数据上报难等问题。设备状态可视化、设备共享网络化、效益统计自动化,减少了仪器使用维护耗费的大量人力物力,使科研人员聚焦于科研,推动学校研究能力的提升,提高自主创新能力。
一、解决问题
二、总体方案
三、功能介绍
(1)门户网站
(2)课题组(PI)
(3)仪器设备预约
(4)仪器设备收费标准及收费
(5)实验数据文件管理模块
提供服务器端存储和实验文件管理服务。包括实验数据文件上传、文件异常提醒、文件下载权限控制,文件保留时限控制及便捷的文件共享功能。
(6)平台运行收益
(7)统计分析
(8)扩展功能模块
四、特色优势
(1)支持软件系统单独运行使用;支持与物联网设备联用;
(2)仪器状态实时监控;
(3)身份和权限都采用模块化设计,可自定义、自关联;
(4)系统功能参数采用系统默认配置和管理单位两级配置,满足不同的管理单位需求;
(5)支持各种品牌门禁接入;
(6)第三方系统对接(财务、—卡通、校园统一认证、资产系统等);
(7)实验结果文件无需插入U盘,自带U盘功能,自动上传文件;
(8)支持断网模式使用。
五、案例(排名不分先后)
公司客户覆盖全国800多所院校
客户专业分布有医学、中药学、生命科学、化学、药学、免疫学、公共卫生等
客户单位性质有高校、国家实验室、国家重点实验室、医院、研究所等。
大面积提高实验教学质量和水平是实验教学的主要任务,是实验教学改革的主流方向。客观、准确地实验考试是评判实验教学效果、提高实验教学质量,提高实验教学师资水平的重要环节。
长期以来,由于受到实验室和师资力量的限制,大面积学生的实验考试难于有效实施。
虚拟仿真实验利用软件建模设计虚拟仪器,建立虚拟实验环境,学生可在这个环境中自行设计实验方案、拟定实验参数、操作仪器,模拟真实的实验过程。
我们在多年仿真实验教学应用基础上创造性提出“实验操作题”的概念,建立实验操作的自动评判系统,利用仿真实验自动记录学生实验操作并可基于教学知识点开展自动评判,从根本上解决教学资源及师资力量不足的问题,实现面向大面积学生的物理实验操作能力的考核。
方案建设包含虚拟仿真实验、实验操作题库、考试管理平台和考试支撑环境等整体建设方案。其中,虚拟仿真实验资源和实验操作题是基础,考试支撑环境(终端设备、服务器、网络环境、教学场所)等是考试开展的支撑,考试管理平台是纽带和总控,将各种教学要素有机的结合起来,完成教学目标。
(1)虚拟仿真实验和实验操作题
普通实验考试基于每一个单项操作是否正确,测量的数据及误差给出考试成绩,为实验操作提供了基本评判,但缺乏对实验操作过程的评判。
在普通实验考试基础上,基于自由和可反复操作的仿真实验,应用人工智能的底层逻辑设计开发人工智能考试。利用人工智能实现对学生的操作,操作步骤、过程进行自动识别、表达(在这里,一位老师监考一个学生的过程由人工智能完成),增强实验考察全面性和真实性。
《大学物理仿真实验v6.0》已建成可同时支持普通实验考试和人工智能考试的实验操作题,实验内容覆盖大学物理基础实验力、热、光、电、近代等80多个实验。
1、用单摆测量重力加速度实验
2、大摆角时单摆周期的研究实验
3、用凯特摆测重力加速度实验
4、利用波尔共振仪研究受迫振动实验
5、扭摆法测量物体的转动惯量实验
6、三线摆测量刚体的转动惯量实验
7、气垫导轨上的直线运动实验
8、用气垫导轨验证碰撞和动量守恒实验
9、声速的测量实验
10、弦线上驻波实验
11、弦线上驻波实验
12、用拉伸法测量金属丝杨氏模量实验
13、质量和密度的测量实验
14、电阻应变传感器灵敏度特性研究实验
15、拉脱法测液体表面张力系数实验
1、分光计实验
2、傅里叶光学实验
3、迈克耳孙干涉仪实验
4、偏振光的观察与研究
5、全息技术实验
6、牛顿环测透镜的曲率半径实验
7、劈尖测细丝直径实验
8、单缝衍射实验
9、太阳能电池的特性测量实验
10、双光栅测微弱振动实验
11、光栅单色仪实验
12、光棚单色仪测氢氖光谱实验
1、双臂电桥测低电阻实验
2、交流电桥实验
3、示波器实验
4、箱式电桥测量热敏电阻温度系数实验
5、箱式直流电桥实验
6、自组式直流电桥实验
7、霍尔效应实验
8、RLC电路的暂态过程实验
9、RC、RL电路的稳态过程实验
10、PN结温度特性与伏安特性的研究实验
11、磁聚焦法测电子荷质比实验
12、基本电学参数的测量实验
13、电压表、电流表的改装实验
14、欧姆表的改装实验
15、设计万用表实验
16、整流滤波电路实验
17、二极管伏宏特性的测录亥验
1、落球法测定液体的黏度实验
2、AD590温度特性测试与研究实验
3、不良导体热导率的测量实验
4、金属线胀系数的测定实验
5、空气比热容比的测定实验
1、超声光栅实验
2、法拉第效应实验
3、磁光调制与解调实验
4、光电效应测普朗克常量实验
5、光纤耦合效率测量实验
6、光纤温度传感器实验
7、拉是光谱实验
8、拉晏光谱退偏度实验
9、密立根油滴实验
10、塞昊效应实验
11、扫描隧道显微镜的使用实验
12、原子力显微镜的使用实验
13、测量相对论速度电子的动育和动年天
14、卢瑟福散射实验
15、探测物质对β射线的吸收
16、G-M计数器和核衰变的统计规律实验
17、闪烁计数器及y能谱测量实验
18、弗兰克-赫兹实验
19、β-v符合测量60Co源活度
20、v-v符合测量60Co源活度
21、斯特恩-盖拉赫实验
22、核磁振亥验
23、红外波的物理特性及其研究实验
24、低温穆斯堡尔谱实验
25、常温穆斯堡尔谱实验
26、高温穆斯堡尔谱实验
27、硬脉决EID序列测录拉莫尔频秦实验
28、硬脉冲回波序列确定硬脉冲射频实验
29、软脉冲FID序列确定软脉冲射频实验
30、软脉冲回波序列实验
31、反转恢复法测T1实验
32、饱和恢复法测T1实验
33、硬脉冲CPMG序列测量T2实验
34、自旋回波序列成像实验
《中学仿真实验》已建成支持人工智能考试的实验操作题,实验内容包含近20多个实验。
实验项目
测量小车运动的平均速度
一定溶质质量分数的氯化纳溶液的配制
测定某种食物中的能量
测量金属块的密度
测量小车运动的瞬时速度与加速度
探究弹簧的弹力与形变的关系
探究两个互成角度的力的合成规律
探究加速度与力、质量的关系
探究平抛运动的特点
验证机械能守恒定律
验证动量守恒定律
用单摆测定重力加速度的大小
长度的测量及其测量工具的使用
探究等温情况下一定质量气体的体积与压强的关
测量金属的电阻率
用多用电表测量电学中的物理量
测量电源的电动势和内电阻
测量玻璃的折射率
用双缝干涉实验测量光的波长
探究凸透镜成像规律
测量小灯泡正常发光时的电阻
探究杠杆平衡的条件
(2)考试支撑环境
(3)实验考试管理平台
基于仿真实验的实验考试管理平台,可根据需要将理论题和实验操作题组合形成试卷,学生在线完成电子试卷,通过实验操作题调用仿真实验完成实验操作考核,系统自动记录学生实验情况、自动评判学生实验操作和理论题。平台支持与学校教务系统、一卡通系统等第三方系统对接,自动完成考勤和考试成绩对接。
中国农业大学
北京联合大学
中国地质大学(北京)
军事交通学院
中国民用航空飞行学院
河南省物理实验竞赛
湖南省大学生物理实验竞赛
引入信息化技术建设电子实验报告库,实验报告数据自动评判和人工评判相结合的方式完成实验报告评阅。计算机处理数据处理速度快,准确度高。实验总结、思考题等体现学生实验掌握程度而又计算机难于处理的部分,采用教师人工评阅方式,即可发挥教师的教学经验,又有利于教师发现问题,提高实验教学水平。
建设内容由实验报告自动评阅系统和配套实验报告模版组成。
(1)实验报告自动评阅系统
系统对报告安排、报告完成、批阅等教学过程进行管理,由基础信息管理、报告模版管理、教学管理、完成报告、报告评阅和统计、报告模板库,学生报告库等组成。
(2)实验报告模版
300多个实验报告模版可选择,并提供个性化模版定制服务。
成都工业大学
福建师范大学
河北地质大学
华东师范大学
六盘水师范学院
厦门大学
厦门理工大学
汕头大学
首都师范大学
随着高校实验室建设的进一步规范化,实验室管理工作变得更加繁重和复杂。实验室手工管理效率低、信息化程度低,使用情况统计缺乏及时性,资源利用不充分,数据上报主管部门效率低,实验室效益评估数据支撑不足等困难。
另一方面传统实验室上课开门、下课关门封闭管理模式,无法充分利用实验室资源,满足学生主动学习需求。实验室开放共享时,缺乏实验室安全保障手段,难于实现真正的安全开放,满足开放性教学和不同层次学生的个性化学习要求,不利于创新性人才培养。
利用智能化、信息化手段对传统实验室进行数字化改造,应用物联网技术、互联网技术、人工智能技术和配套软硬件建设全新的智慧化教学环境,提高实验室的管理水平,推动教学变革,助推实验教学。在满足计划内实验教学的基础上开放共享,成为学生创新实践的平台。
(1)建设数字化、智能化、安全的实验室。
利用物联网技术和智能化硬件设备自动、及时采集教学活动的全周期信息,为实验室管理、数据上报、评估打好数据基础。
利用人工智能技术对实验室行为管理,结合门禁、对讲、安全设备保障实验室安全运行。
(2)建设互动性、特色性的实验室。通过互动化的设备和个性化的定制,建设符合教学特色的实验室。
(3)建设开放、共享的实验室。利用互联网技术将实验室开放、共享,提高实验室、实验仪器利用率,打破上课开门、下课关门的限制,满足学生个性化学习、技能培训和创新实践的需要。
智慧实验室建设包含智能化实验室环境、互动教学环境、开放实验教学管理平台(包含开放教学管理、教学资源管理、实验室管理、教学评估和实验室评估)等整体建设方案建设。其中开放教学管理是指导,互动教学环境是教辅,智能化实验室环境(实验室、智能化设备、门禁、安全设备、服务器、网络环境)等是教学开展的支撑。
通过全面、及时、智能化的管理提升实验室管理的规范化、可视化和安全性,实现教学监管和评估的数字化,保障教学和创新顺利开展,完成教学和人才培养目标。功能支持:
(1)智能化实验室环境
利用智能设备,通过物联网技术、互联网技术、人工智能技术等提高实验室的智慧性、安全性。
电子门牌:动态智慧展示实验室信息、教学使用情况。
门禁、视频监控设备:提供实验基本安全管理。
智能化电源控制设备:对设备控制器的运行进行远程电源开关。
智能视频监控分析设备:对视频监控视频进行智能化分析,实现身份验证、实验行为监控、实验室安全监控、远程对讲等智能化管理。
(2)互动教学环境
采用新一代信息技术与实验教学深度融合,构建具有交互性、智能化的实验教学环境。通过交互式教学和个性化定制等手段,为学生提供更加丰富、深入、多元化的学习体验和实践机会。
(3)开放实验教学管理平台
根据开放性教学和智慧实验室的要求,统一管理计划内教学、开放教学和学生创新实践工作,实现实验室的智慧化管理,自动记录实验室情况、用户考勤、实验室安全监控等功能,并对使用情况自动统计、分析,辅助教学和实验室建设决策。
为贯彻落实《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》(教高〔2018]2号)和《虚拟现实与行业应用融合发展行动计划(2022-2026年)》(工信部联电子〔2022]148号)文件精神,推进数字技术与高等学校实验教学的深度融合,提升虚拟仿真教学环境建设和创新应用水平,教育部教育技术与资源发展中心(中央电化教育馆)组织开展“高等学校虚拟仿真教学创新实验室项目”。
项目围绕虚拟仿真教学创新实验室建设与应用深入开展教学实践,从而提升教师的虚拟仿真教学和研发能力,推动虚拟仿真教学环境建设模式应用模式和评价机制创新,形成可供借鉴推广的虚拟仿真教学环境建设与创新应用案例,构建虚拟仿真实验教学交流平台,以高质量的虚拟仿真实验教学促进高等学校数字化转型和育人水平提升。
虚拟仿真实验室建设要服务于学校人才培养建设目标,打造集教学、竞赛、科普素质教育为一体的综合型平台。
建设流程:
(1)根据学校人才培养目标,结合专业特色、梳理虚拟仿真实验课程体系,选择相应的虚拟仿真实验题目。
(2)根据教学要求设计实验内容、效果,选择相应硬件展示设备。
(3)根据专业特色和教学要求,建设支撑教学的虚拟仿真实验环境,包括场所、服务器、网络、电力等设备。
(4)建设教学管理和评价平台,根据实际教学、服务应用情况,不断优化、完善。
虚拟仿真实验室的建设采用新一代信息技术与实验深度融合,构建具有感知性、沉浸性、交互性、构想性、智能性的虚拟仿真实验场所,搭建以实带虚、以虚助实、虚实结合的虚拟仿真实训系统,有效解决实严教学过程中的痛点和难点,通过建设配套的考核、评价和反馈机制,对项目建设不断优化优化。
1.虚拟仿真实验资源建设
科大奥锐产品在国内900所高校得到教学应用,专业方向涉及基础物理、核物理、X射线、凝聚态物理、光学、量子信息、激光器、集成电路、天文、电子电工、电气、光电器件、化学、材料、新能源、医学、中学等方向。
科大奥锐有20多年的虚拟仿真实验开发经验和专业的开发团队和成熟、规范的项目开发经验,支持:
(1)多种教学方式:沉浸体验,认知强化,能力训练,自主设计,多人协作等。
(2)提供3D、VR、AR、MR,XR等多种体验形式。
(3)支持Windows系统和国产化操作系统运行。
开发效果展示图
2.教学环境
采用新一代信息技术与实习实训深度融合,构建具有感知性、沉浸性、交互性、构想性、智能性的虚拟仿真实验教学场所。可为教学、科普素质教育和仿真实验开发、升级提供支持。
(1)专业仿真实验实:提供计划内大课学习、小组讨论学习、个人学习,计划外开放教学等。
(2)仿真实验体验实验室:根据院校特色选择内容用于体验、宣传和科普等素质教育服务,激发学生学习热情。
(3)仿真实验研创实验室:根据教学反馈,对已有资源升级维护和新实验资源开发提供服务。
配套硬件设备
(1)教学用机:PC,桌面一体机,VR,AR,MR,XR等设备。
(2)教学展示设备:沉浸式LED大屏,CAVE、激光投影、互动大屏等。
(3)实验室基础设备:音响设备、门禁、视频监控、人工智能行为管理、电力、网络设备等。
仿真实验体验实验室
专业仿真实验实验室
仿真实验研发实验室
3.教学管理和资源共享平台
针对虚拟仿真实验教学中存在资源缺乏集中管理、公开共享不充分、教学过程数据统计困难、实验室开放共享利用率低、将虚拟仿真教学与传统教学融合缺乏有效模式等困难,建设实验教学管理及资源共享平台。
用于对虚拟仿真实验教学场所、虚拟仿真实验设施设备和虚拟仿真实验进行统筹管理,覆盖教师备课、学生课前预习、课堂教学、课后复习、实验考核等全教学链,实现教学的统一管理,具备虚拟仿真实验教学过程的监控分析及虚拟仿真实验资源汇聚分配的管控统计等功能。此外,在满足正常的教学任务外,还可以将实验室资源开放出来,以满足学生个性化学习的需要。
主要功能如下:
(1)资源的学校统一管理,资源校内、校外共享管理,提供跨平台浏览器和多硬件终端适配技术。
(2)可按照学校教学开展相应计划的虚拟仿真实验实验和开放性虚拟仿真实验教学,管理教师、学生、实验场所、每次实验安排等。
(3)通过实验全流程的实时数据采集和汇总,实现数据汇总、分析、教学决策等。
(4)提供数据接口,与外部系统互通互联,包括学校教务系统、智慧校园一卡通系统等。
数据展示窗
虚拟仿真实验室课堂开放教学和安全监控
建设特色:
(1)符合实际教学需要,将虚拟实验教学融入实物实验的方案,建设统一实验教学管理平台,可同时满足实物教学、虚拟仿真实验教学、虚实融合混合教学的不同教学模式,可满足金课工程建设需要。
(2)统一管理虚拟仿真实验,提供公开、共享机制,充分利用教学资源。
(3)统一实验教学管理平台,将实验教学从学生选排课、课前预习、上课考勤、课堂教学、课后作业、师生互动交流、课后复习、课程考核等全过程进行数字化,为教学分析和评估提供数据支撑。
(4)采用信息化手段建设智能化实验室,实现软硬件统一数字化管理,包含实验室,门禁、视频监控、实验设备、安全培训考核等。自动采集课内、课外教学活动的全周期信息和日常管理情况。
(5)建立实验室效益评估模型,能够自动得出实验室的效益评估得分、评级,能够生成统计数据图表,能够根据预设的实验室效益评估报告模板生成参考评估报告。
(6)将开放实验室管理与开放教学管理联动,充分利用空闲资源,通过预约、审核为开放式教学提供服务,可在满足计划内学的基础上,支持竞赛、素质能力培养等开放教学。
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为深入贯彻落实国家关于推进教育现代化的战略部署加快人工智能在高等教育领域的创新应用,利用智能技术支撑人才培养模式的创新、教学方法的改革、教育治理能力的提升,构建智能化、网络化、个性化、终身化的教育体系。教育部高教司特组织开展第二批“人工智能+高等教育”的典型应用场景案例征集工作。
(1)AI+实验报告评阅
根据教学要求整理实验报告模版和评判方法,建设规范化的报告模版资源。对报告评判方法复杂、耗费大、机械性强的数据处理部分,利用AI技术自动评判,实验总结和思考体现创新思维部分人工评判,在保证评阅质量基础大大提高评阅效率,将老师从繁琐、机械的劳动中解放出来,更好的掌握学生学习情况,可投入更多的精力到教研上,推动教学质量不断提高。
(2)AI+仿真实验
AI赋能仿真实验,针对实验教学点提供智能引导和互动式答疑,辅助学生强化实验知识的掌握基础上完成实验,学生实验过程和实验结果自动记录。科大奥锐基于人工智能的实验考试在一般实验考试对单个步骤和实验数据评判基础上,利用人工智能实现对学生的操作,操作步骤、过程进行自动识别、表达,进一步实现对实验操作过程的评判,更加全面、真实的反馈学生实验能力。可用在预习、课堂教学、实验考试等多个环节,激发学生学习热情。
(3)AI+学习自测
(4)AI+智能问答
提供一对一的智能助手,用户主动提问,系统及时给与反馈和建议。
(5)AI+智慧实验室
采用AI赋能建设智慧实验室,满足预习、复习、开放性教学、创新实践等教学需要,实现高效开放共享。
智慧实验室建设包含开放教学管理机制、实验场所环境、开放教学管理平台(教学管理、场地管理、教学评估)等的整体建设方案。
开放实验教学管理,包含计划内教学管理和选排课、开放教学管理、实验室管理、门禁管理、实验室安全准入管理、考勤管理、电子门牌管理、智能视频监控分析管理、移动端管理、数据统计和分析管理。
智慧实验室场所环境建设中,利用智能硬件通过图像识别、人工智能等先进技术对人员、环境进行自动化监控和行为分析、预警,提高实验室的智慧性、安全性和管控能力。
(6)AI+实验教学管理
科大奥锐支持虚实结合教学的管理平台,利用平台可将虚拟仿真实验教学无缝融入传统实验教学中,覆盖教师备课、课前预习、课堂教学、课后复习、实验考核等全教学链,实现教学和实验室的统一管理。平台自动获取、汇总各个教学环节的教学情况数据,可对学生学习、教师教学、实验室使用情况进行多维度的分析,辅助教学决策。
通过AI技术赋能实验教学管理,可实现:
(1)通过学生的学习情况、数据,自动得到学生的个性化学习路径,通过多维度的数据实现学生画像。
(2)根据学生的学习情况,及时发现个性化的问题、预警,推荐个性化学习路径和配套的教学资源,实现个性化学习。
(3)汇总课程内学生学习情况,及时发现共性问题、预警,辅助老师针对性开展备课,实现精准教学。
(4)汇总课程内学生的学习情况和成绩,智能化评估教学,辅助教学决策。
诺贝尔物理学奖代表物理研究最高水平,在物理学中有重要意义和学习价值。
科大奥锐诺贝尔奖虚拟仿真实验,给用户提供模拟真实的实验环境和教学引导。通过让学生自主操作、观察现象并完成实验,学习实验背景和意义、解决问题的思路和方法,从而激发学生学习兴趣、培养学生科学思维和创新能力,提高综合素质。
可在学生认知课、物理实验课、文化素质课等课程的课堂教学、课后复习和在线学习得到广泛使用。
二、产品内容
塞曼效应实验
测量放射性物质辐射强度实验
迈克耳孙干涉仪实验
黑体辐射实验
光电效应实验
油滴法测电子电荷
弗兰克-赫兹实验
康普顿效应实验
拉曼光谱实验
斯特恩-盖拉赫实验
核磁共振(NMR)实验
β-γ符合测量60Co源活度实验
γ-γ符合测量60Co源活度实验
穆斯堡尔谱系列实验
常温穆斯堡尔谱实验
低温穆斯堡尔谱实验
高温穆斯堡尔谱实验
全息实验
TEM实验
SEM实验
STM实验
超冷原子玻色-爱因斯坦凝聚态的制备和物性研究实验
分子超快动力学成像虚拟仿真实验
巨磁阻系列实验
测量巨磁电阻的特性曲线
用GMR模拟传感器测量电流
GMR梯度传感器的特性及应用
测量GMR模拟传感器的磁电转换特性曲线
光纤耦合效率测量实验
光纤温度传感器实验
引力波实验
量子纠缠源的制备测量实验
X射线衍射特性虚拟仿真实验
X射线衍射及结构相变原位表征虚拟仿真实验
X射线衍射(XRD)实验
工业CT成像实验
核磁共振成像系列实验
硬脉冲FID序列测量拉莫尔频率实验
硬脉冲回波序列确定硬脉冲射频实验
软脉冲FID序列确定软脉冲射频实验
软脉冲回波序列实验
反转恢复法测T1实验
饱和恢复法测T1实验
硬脉冲CPMG序列测量T2实验
自旋回波序列成像实验
三、产品特色
实验内容多,覆盖面广。
实验背景与课程思政相结合,加强德育引导。从教学出发,介绍实验由来、在物理学发展中作用、在社会和国民经济应用,逐步深化对实验所涉及领域的认识。
将抽象、难理解的实验原理、仪器原理采用动画方式直观表现。培养学生理论联系实际的思维方式,可克服实验教学中理论与实际结合不紧导致实验操作走过场的现象。
提供实验仪器的功能说明和三维展示效果,让学生对仪器快速建立直观认识。
采用智能化视觉思想设计最佳操作视角,大大减少了用户屏幕操作复杂度,突出实验的自身操作,提高实验易用性和流畅度。
支持人工智能实验考试系统。在原有数据和实验状态评判基础上,引入人工智能技术实现对实验操作过程自动评判,实验考核更全面、更真实。