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传承兵工精神 凸显国防特色——记我校武器系统虚拟仿真实验教学中心


  编者按:“十二五”初期,我校制定了《沈阳理工大学校、院两级实验体系改革和建设方案》,旨在通过校院两级的实验体系改革和建设,促进优质资源深度融合和充分共享,推动教学科研协同发展,培养了学生的创新精神和实践能力,提高了教育教学质量。五年来,学校根据各学院的办学特色和学科专业特点,统筹各类实验资源,鼓励学科专业交叉,建立起有利于复合型、创新型人才培养的实验体系,构建了功能集约、资源优化、开放充分、运作高效的专业类或跨专业类的实验教学平台,为学生自主学习、自主实验和创新活动创造了条件。同时,实现了教学科研紧密结合,打通教学科研实验室壁垒,统筹教学科研实验室资源,促进科研支持实验教学、服务人才培养,把科研成果转化为实验教学内容,将科研方法融入实验教学活动,向学生传授科研理念、科研文化和科研价值,使学生了解科技最新发展和学术前沿动态,激发学生的科研兴趣,启迪学生的科研思维,培养学生的科研道德,提升学生科学研究和科技创新的能力。校报开设专栏陆续为大家介绍我校的8个省级实验教学示范中心。
我校是武器技术类专业齐全、国防特色突出的高等院校,一直承担着面向先进武器系统及相关技术的研究和为国家培养国防及相关技术领域高水平人才的任务,在武器弹药系统、武器探测感知系统、高效毁伤与控制、武器发射系统、爆破与爆轰技术、信息网络干扰与对抗系统等涉及武器系统的相关领域逐步形成了专业与学科的优势。
  高等学校的实验教学在其人才培养过程中具有举足轻重的作用。武器系统相关专业的实验教学中涉及大量的高危与极端环境,通常是不可视、不可操作和不可再现,无法或难以实施真实实验。2007年我校将相关专业实验室、实验馆(所)实行统一管理,成立了“沈阳理工大学武器系统实验教学中心”。2009年,在建设武器系统实验教学中心的基础上,又成立了武器系统虚拟仿真实验教学中心。2014年,武器系统虚拟仿真实验教学中心被辽宁省教育厅批准为“省级武器系统虚拟仿真实验教学中心”。
  武器系统虚拟仿真实验教学中心覆盖了与兵器类相关的6个本科专业,即探测制导与控制技术、弹药工程与爆炸技术、特种能源技术与工程、武器发射工程、信息对抗技术和装甲车辆工程,以及相关的9个其他本科专业。其中“探测制导与控制技术”专业为国家特色专业建设点和辽宁省示范专业,依托兵器科学与技术一级学科,以及其他相关的学科,如火炮、自动武器与弹药工程、武器系统与运用工程、军事化学与烟火技术、武器发射理论、武器系统信息与对抗技术、导航制导与控制、工程力学、通信工程等学科。此外,“火炮、自动武器与弹药工程”为辽宁省重点学科及特色培育学科;依托教育部批准的“网络赋能弹药技术”国家特殊需求博士人才培养项目,拥有国家人社部批准的博士后流动站及博士后工作站;依托辽宁省兵器科学技术重点实验室、辽宁省高校兵器科学与技术重点实验室、辽宁省重大科技平台“现代兵器技术与装备工程研究中心”、辽宁省现代毁伤控制与装备工程实验室、辽宁省智能爆破与安全控制工程中心、国家和省市科普基地“沈阳理工大学兵器博物馆”等。
  中国工程院杨绍卿院士为中心顾问。武器系统虚拟仿真实验教学中心拥有教师48人,含兼职人员13人。其中辽宁省省级创新团队1个,辽宁省教学名师2人,中国工程院院士1人(双聘),国务院政府特贴3人,辽宁省级优秀专家2人,辽宁省省百千万工程人选4人,省创新优秀人才支持计划3人,总装专业组成员1人,博士生导师6人,省级学科带头人2人,中心高级职称36人,具有博士学位23人,21名教师具备企业背景。中国兵器工业集团辽沈工业集团有限公司、辽宁北方华兴机电有限公司等的13名兼职教师为中心的实验实训、综合实验指导导师和卓越工程师培养计划导师。中心经过多年的建设,已形成一支专兼职及校企相结合的、学员结构合理的、高水平的实验实训教师队伍。
  武器系统虚拟仿真实验教学中心成立以来,一直秉承“传承兵工精神、凸显国防特色、校企协同创新、军民融合发展”的理念,坚持“一个原则、二个结合、三个重点”的建设思路,即坚持整合资源与凸显特色的原则,将软件与硬件及应用与创新相结合,以资源、平台和队伍三个部分为重点,建设了具有扩展性、兼容性的管理和资源共享平台,高效管理实验教学资源,实现校内外、本地区及更广范围内的实验教学资源共享,从而满足多地区、多学校和多学科专业的虚拟仿真实验教学的需求。探索校企共建共管的新模式和新途径,建立可持续发展的虚拟仿真实验教学服务支撑体系。本中心通过虚拟仿真实验教学的实施构建了武器系统过程的认知与感知,全面提升实践能力和创新能力的人才培养实验教学模式;形成了面向课程实验、综合实验、创新实验教学的多元专业学科的虚拟仿真实验教学群;建立了弹药系统虚拟仿真、武器发射虚拟仿真、探测与信息对抗虚拟仿真、火工品测试虚拟仿真、工程爆破虚拟仿真和装甲车辆虚拟仿真6个类别的实验教学平台,即具有“二个能力、三种层次、六类平台”的武器系统虚拟仿真实验教学中心系统架构(见图所示)。在提供的虚拟仿真实验教学条件下,学生能够自主地开展实验,达到实验教学大纲所要求的教学效果。
  根据武器类专业技术的特殊性,充分考虑安全性与保密性要求,本中心构建了具有扩展性、兼容性、前瞻性的管理和资源共享平台,实现了校内外地域范围内的实验教学资源共享,有效地管理六类虚拟实验教学资源。同时,管理系统具有信息发布、数据分析、互动交流、生成实验报告、考核与成绩评定、成果展示等功能。目前中心以兵器类6个专业为核心,面向机械、信息、环化、材料、光电等相关的15个专业完成了40多个虚拟仿真实验项目的建设。
  近年来,中心先后投入1500万元建设经费,购置了相关设备及软件支撑系统,完善了虚拟仿真实验室环境建设,虚拟仿真实验室及与之相关配套的实验室总面积约6300平方米。武器系统虚拟仿真实验教学中心建立了开放式实验教学中心网站,网站具有信息发布、中心简介、实验管理、虚拟实验平台与项目介绍等功能。采用3D虚拟建模技术、Web技术、数据库技术、虚拟仪器技术、视景仿真技术、远程控制技术相结合的方法,利用Java语言,构建了一个网络化的虚拟仿真实验教学系统,包括6大类40余种虚拟仿真实验项目的演示视频、电子教材及多媒体课件等。系统具有可视化、交互性、资源共享性、安全性等特点。
  本中心根据兵器类专业的特点,在充分考虑兵器类专业具有力学、机械、信息、化工、自动控制理论等多学科的交叉与融合的特点,武器系统虚拟仿真实验教学中心构建了一套完备的科研教学体系,包括“六个平台、两个基地、两个中心”。六个平台为弹药工程与爆炸技术、探测制导与控制技术、特种能源技术与工程、武器发射工程、装甲车辆工程和信息对抗技术实验技术平台,两个基地为兵器博物馆国防教育基地、校企共建实验与实训基地,两个中心为沈阳理工大学兵器科学技术和武器系统实验教学示范中心。其中弹药工程与爆炸技术、探测制导与控制技术、特种能源技术与工程、武器发射工程、装甲车辆工程和信息对抗技术实验技术平台,面向全校装备工程学院、信息科学与技术学院、理学院、机械工程学院和环境与化学工程学院等学院的15个专业、1600余名本科生提供实验教学、课程设计和毕业设计实验。学生能够通过界面友好的虚拟仿真实验,更好理解、消化、吸收实验内容。同时面向兵器科学与技术学科的科学研究和研究生的培养。本中心实验教学资源使用方式灵活多样,可以借助于PC、笔记本、PAD、智能手机等多种终端设备,不受人数、时间、空间限制,在提升资源利用效率的同时,较好地满足了校内相关学院、不同专业和不同层次的实验教学需求,切实提高了学生创新能力和工程实践能力。
  本中心通过与校内外各研究、教学平台实现链接为其提供实验平台,其中已有的共享单位取得了很好的效果。如与华兴机电有限公司共建的工程实践教育基地,通过网络环境提供部分实验教学资源。同时,中心为相关的企业、研究所以及兄弟院校开放虚拟实验平台,通过网络实验预约、网络虚拟实训等途径提供培训服务以及产品研发(包括精品资源共享课等),实现了相互访问、资源共享、互为支撑,从而进一步增强了各平台及中心的科技创新力和竞争力。
  由于武器专业实验教学的特殊性,本中心在积极开展虚拟仿真实验教学的同时,努力拓展与相关企业的合作,秉承“校企协同创新,军民融合发展”的理念,先后与中国兵器工业集团和中国兵器装备集团及所属的军工企业、中国科工集团航天一院、沈阳长白电子科技集团、北京维深识别技术集团等12家企业、公司及研究院所合作,开展武器产品技术研发、虚拟产品设计与仿真分析、人才培养以及网络虚拟技术支持等方面的合作。在校企合作中,坚持资源共享、全面开放的合作模式,充分利用已有的虚拟仿真实验教学资源及科研成果的转化为学生提供了丰富的实验教学内容,也为学生提供了虚实结合的实习场所,同时为企业技术人才培养和技术问题提供了有效的支持,取得了良好的效果。
  本中心将以建设国家级虚拟仿真实验中心为契机,发挥国家级实验教学中心示范作用,突出国防特色与多学科交叉特点,进一步完善面向武器系统虚拟仿真实验教学体系与系统架构,进一步提升虚拟仿真实验教学所需的高素质实验教学队伍,改进资源共享、开放服务的实验教学环境,全面提高实验教学水平,在前期研究的基础上,进一步加强校企合作,开发新的虚拟仿真实验项目,进一步扩展虚拟实验对真实实验的互补与优化功能。在未来3年内,将中心打造成为一个管理有序、资源丰富的开放型虚拟实验教学平台。 装备工程学院 郝永平