1. 基本情况 虚拟仿真实验
教学中心名称 物理虚拟仿真实验教学中心
实验教学示范中心名称
级别省级或国家级 物理实验教学示范中心
省级 批准时间
实
验
教
学
示
范
中
心
主
任
姓名
性
别
年龄
专业
技术
职务
学
位
主要
职责 1
.负责中心建设和发展规划的制定。
2.负责实践教师队伍的建设实践教师聘任、课程梯队建设、培养培
训、岗位职责分工及考核等。
3.负责实验室管理体制改革含实践教学资源整合实践教学资源调
配与使用审批等。
4.负责中心日常管理含制度化、规范化、信息化管理手段的建设等。
5.负责实践教学改革和课程体系建设组织教师开展实践教学改革、
制定实践教学计划和实践教学大纲、编写教材和讲义、现代化教学
手段开发与应用等。
6.负责实验室文化建设人文环境建设、实验室安全环保设施配备、
实验室人员政治思想教育等。 教学
科研
主要
经历 赵宝江
1971年5月生博士教授。2007年毕业于哈尔滨工业
大学控制科学与工程获博士学位。无线电物理方向硕士生导师牡
丹江师范学院教学名师牡丹江师范学院第一届教学标兵。《数学建模》
校级精品课程负责人《数学实验》省级精品课程负责人。黑龙江省数
学会常务理事。黑龙江省数学建模竞赛委员会理事。黑龙江省高师数
学教育研究会副秘书长。现为牡丹江师范学院理学院院长、省级物理
实验教学中心主任。
一、教学经历
近几年来主讲数学实验、数学建模、运筹学等课程。担任牡丹
江师范学院理学院院长、省级物理实验教学中心主任。指导指导本科
生毕业论文41人、硕士研究生3人。组织参加了5届“全国大学生数
学建模竞赛”、4届“东北三省数学建模联赛”、组织了4届“牡丹江
师范学院数学建模校内赛”。先后获得各种建模奖项70余项。
二、科研经历
主要从事模糊控制理论、无线电信号系统辨识、智能优化等方面的
研究。在《Journal of Systems Engineering and Electronics》、《IEEE
on Systems, Man, and Cybernetics》、《控制与决策》、《计算机工程
与应用》、《计算机测量与控制》、《模糊系统与数学》等学术刊物上发
表论文20余篇其中国家级论文14篇一般核心2篇SCI和EI检
索10篇在《Journal of Systems Engineering and Electronics》
上发表的论文被SCI和EI双检。2007年参加“第七届全球智能控
制与自动化大会”并宣讲论
文。 教学
科研
主要
经历 2008
年参与香港举行的“机器学习和自动化国际会议”并发表论
文。获黑龙江省第十一届自然科学技术学术成果奖二等奖1项。参与
或主持了各类科研项目8项其中参与国家自然科学基金1项。主持
“黑龙江省普通高等学校青年学术骨干支持计划项目”“ 黑龙江省教
育厅科学技术研究项目”各一项。
教学
科研
主要
成果 一、论文
EISCI检索类文章
1.赵宝江,李士勇.A Convergence Proof for Ant Colony
Algorithm.Proceedings of the 6th World Congress on Control
and Automation, June, 2006. 3072-3075. EI检索0715********.
2.赵宝江,李士勇.Convergence Analysis of a Class of Adaptive Ant
Colony Algorithm. Proceedings of the 6th World Congress on
Control and Automation, June, 2006, China. 3524-3527. EI
检索: 0715********.
3.赵宝江,李士勇.Design of a Fuzzy Logic Controller by Ant Colony
Algorithm with Application to an Inverted Pendulum System.IEEE International Conference on Systems, Man, and
Cybernetics, Oct., 2006, Taipei, Taiwan.3790-3794.EI检索:
0735********.
4.Baojiang Zhao, Shiyong Li. Ant Colony Optimization Algorithm
and Its Application to Neuro-Fuzzy Controller Design. Journal
of Systems Engineering and Electronics. VOI.18No.32007
PP.603-610. (EI和SCI双检SCI检索号1004-4132EI检索号
074010852977)
5.赵宝江. 基于蚁群聚类算法的非线性系统辨识. 控制与决策2007
22101193-1196.(EI检索074710936683)
6.赵宝江.AN ANT COLONY CLUSTERING LGORITHM. International
Conference of Machine Learning and Cybernetics (ICMLC) 2007,
Hong Kong.3933-3938. EI检索080311031007
7.ZHAO Baojiang. Optimal Design for Fuzzy Controller by Ant
Colony Algorithm. Advanced Measurement and Test. Key
Engineering Materials Vols. 439-440, 2010:1190-1196. (EI
检索20103313148481)
8.ZHAO Baojiang. Optimal Design of Neuro-Fuzzy Controller Based
on Ant Colony Algorithm. Proceedings of the 29th Chinese
Control Conference. 2010, Beijing, China. 2513-2518. (EI检
索20105113504351)
重要核心B类
1.赵宝江,李士勇.基于自适应路径选择和信息素更新的蚁群算法.计
算机工程与应用,2007,43(3): 12-15.
2.赵宝江,李士勇.一种求解函数优化的自适应蚁群算法. 计算机工程
与应用,2007,43(4): 40-43.
3.李士勇,赵宝江.一种蚁群聚类算法.计算机测量与控
制,2007,15(11):1590-1592,1596.
4.赵宝江. 蚁群聚类算法的T-S模糊模型辨识. 计算机工程与应用,
2011,47(21):153-156. 教学
科研
主要
成果 二、
专著和教材
1.蚁群优化及其在系统辨识和智能控制中的应用专著黑龙江教育
出版社2007. 独立作者18万字.
2.高等数学. 哈尔滨出版社,2003.第二作者.
3.高等数学文科类. 清华大学出版社2010.主审.
4.高等数学经济管理类. 清华大学出版社2010.主编.
5.高等数学. 清华大学出版社2013年。主编。
6.线性代数. 清华大学出版社2013年主审。
7.概率论与数理统计. 清华大学出版社2013年主审。
三、项目
1.项目名称量子蚁群算法及蚁群行为的波函数模型国家自然科学
基金
起止时间 2008.1-2010.12经费25万参与哈尔滨工业大学
项目。60773065
2.项目名称弱Topos理论与应用的研究经费0.8万元起止年
月2002-2004审批机关黑龙江省教育厅科学技术研究项目
项目主持人。
3.项目名称数学建模课程建设的研究与实践经费1万元项目
时间2008-2009审批机关黑龙江省新世纪高等教育教学改革
工程项目项目主持人。
4.项目名称格上拓扑学的研究经费0.9万元起至年月
2006,1-2007,12审批机关黑龙江省教育厅科学技术研究项目
第二参与人。
5.项目名称模糊矩阵的研究经费5万元项目时间2007-2009
牡丹江师范学院博士启动经费项目主持人。
6.项目名称蚁群优化算法及其应用研究牡丹江师范学院科学技术
研究重点项目经费0.5万项目时间2008审批机关
牡丹江师范学院项目主持人。编号Z2008001
7.国家自然科学基金重点项目"资助 (50138010): "城市污水处理系
统的智能控制理论、方法和技术"项目时间2002-2005参与
8.量子蚁群优化及其在系统辨识中的应用.黑龙江省普通高等学校青 年学术骨干支持计划项目.2009-2011.项目负责人.4万元.编号
1154G09.
9.我国就业人数的数学模型探析及前景预测 参与人褚文杰、刘晓娇、
陈明、谢丽莉、李琳、李可欣 牡丹江师范学院首届大学生创新
性实践项目重点项目 项目负责人. 资助经费3000元.
10.高校数学实验教学的重构与实践. 牡丹江师范学院教学改革项
目, 项目主持人. 2010-2011
11.2012年黑龙江省高等教育教学改革项目“高校数学实验教学的
重构与实践”。项目主持人。
12.2013年国家自然科学基金项目《格值模糊拟阵理论的进一步研究
及其应用》11371002。参与北京理工大学项目。第三参与人。30
万元。
获奖
1.成果名称Ant colony optimization algorithm and its
application to Neuro-Fuzzy controller design。2009年黑龙江
省第十一届自然科学技术学术成果奖二等奖黑龙江省自然科学技术
学术成果奖评审委员会
2.成果名称Optimal Design of Neuro-Fuzzy Controller Based on
Ant Colony Algorithm. 2011年黑龙江省第
十二届自然科学技术学
术成果奖三等奖黑龙江省自然科学技术学术成果奖评审委员会
3.2011年校级教学成果一等奖。成果名称加强数学建模的课程建设
提高大学生应用数学的创新能力。成果主持人。
4.2013年校级教学成果一等奖。名称搭建高校数学实验系列课程的
实践教学平台构建数学应用创新型人才培养体系。成果主持人。
5.2013年省级教学成果二等奖。名称搭建实践教学平台构建创新
型人才培养体系。成果主持人。
6.2012年牡丹江市科学技术奖二等奖。名称关于建立牡丹江市城市
基础地理信息系统的研究与实现。 \
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
其
它
总
人
数
平均
年龄
人数 5
4 11 2 4 15 3 0
22 38 占总
人数
比例 22.7
18.2 50 9.1 18.2 68.2 13.6 0 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 8
30 1100 40 2. 建设内容 2-1虚拟仿真实验教学中心的建设概况
牡丹江师范学院物理实验室建于1972年2006年成立物理实验教学中心
2007年获批为省级物理实验教学示范中心2012年12月通过省教育厅检查。
为了减小与高水平综合型大学的差距有效培养学生的应用能力和创新能力
需增加一些实验项目但鉴于增加实验项目总数所带来的资金的投入、实验用
房面积的增加与人员编制等问题和我校实际办学条件我院于2012年以物理实
验教学示范中心为依托组建了大学物理虚拟仿真实验教学中心打破了实验时
间、空间、仪器套数的限制解决了由于增加实验项目所带来的一系列问题。
目前该中心承担着工学院、理学院、化学化工学院、生命科学学院、教
师教育学院等二级学院30个理工类专业的实验教学任务针对物理专业和非物
理专业学生共开设100个实验项目其中包括10个物理虚拟仿真实验平均每
年接收1100名学生到实验室学习不包括学生本人自主上网预习、复习。中
心网站上为学生提供了预习和复习需要的电子教材、实验视频、虚拟仿真实验
等内容。
中心师资队伍配备合理专兼职教师、实验技术人员队伍相对成熟与稳定
现有专职管理人员3人实验教师22人其中教授、副教授9人高职比例占
40.9博士、硕士19人高学历比例占86.4。
经过实验中心所有老师的共同努力近两年编写了由高等教育出版社出版
的《普通物理实验》、《近代物理实验》教材各一部自编实验讲义一本发表
高级别论文
60余篇获省级教学成果二等奖两项、校级教学成果一等奖两项
校级教学成果二等奖五项2013年省级教学成果二等奖一项校级教学成果一
等奖两项获得省级、市级奖励16项。
该中心于2012年购臵“大学物理仿真实验互动平台”该实验平台已经运
行1年学生反应良好。此外该中心建有“大学物理课程教学网站”实现了
学生的在线答疑、作业提交和考试系统。 2-虚拟仿真实验教学资源实验项目、功能及效果等
自物理虚拟仿真实验教学中心成立以来我们为学生开设了十个实验题目
分别为1.用单摆法测量重力加速度2.用凯特摆测重力加速度3.双臂电桥测低
电阻实验4.示波器实验5.声速的测量6.偏振光的观察与研究7.迈克尔逊
干涉仪8.密立根油滴实验9.光电效应和普朗克常量的测定10.拉伸法测金
属丝的杨氏模量。其中1、2、3、4、5、6、10为普通物理实验7、8、9为
近代物理实验针对普通物理实验项目理学院实验教学示范中心都能以实物
开设近代物理实验项目只有9不能实物开设。
基础实验教学的目的是训练学生掌握常用仪器仪表的使用通过实验对基
本原理进行验证。借助于物理虚拟仿真实验室学生可以在任何一台计算机上
练习常用仪器仪表的使用方法验证所学理论的正确性进入实验室后能较快
地进入实验状态减少实验时间减少教师的负担提高学生的自学能力达
到独立预习和考前复习的目的培养和提高了学生独立思考、分析问题和解决
问题的能力。
有些开设成本高、需要仪器设备复杂的实验、实物实验室内很难完成综合
程度较高的实验都可以借助于虚拟仿真实验来演示完成。
我院开设物理虚拟仿真实验近两个学期学生反映良好取得了一定的教
学效果。同学们对这种全新的实验方式、与实验室不一样的教学氛围以及丰富
的操作内容感到满意从而激发对物理实验的兴趣提高了对该实验课程的重
视程度。
单摆测量重力加速度 凯特摆测重力加速度
声速的测量 拉伸法测金属丝的杨氏模量
密立根油滴实验 电效应和普朗克常量的测定
双臂电桥测低电阻 示波器实验
偏振光的观察与研究 迈克耳孙干涉仪
2-虚拟仿真实验的教学平台平台功能、信息化设备、网络与信息安全等
平台功能
我校在引进中国科技大学开发的《大学物理仿真实验》基础上架构建成
虚拟仿真物理实验室。目前我校的大学物理虚拟仿真
实验室已初具规模拥有
专门的虚拟实验室及性能良好的IBMXSERIES_3500服务器一台包括力、
热、电、光、电子线路、近代物理等学科的10多个实验项目及实验仪器库不
仅包含《大学物理实验》课程开设的实验项目还开发了傅立叶光学实验、介
电常数的测量、喇曼光谱实验、牛顿环测量曲率半径、透射式电子显微镜、受
迫振动、扫描隧道显微镜STM等实验项目。学生通过我校“大学物理实验
教学管理系统”点击“虚拟仿真实验”便可进入虚拟仿真实验的“实验大厅”
在此页面下双击某个实验安装完毕后就可对该实验进行操作。如果想初步了
解某个实验单击它便可出现“实验简介”、“实验原理”、“实验内容”、“实验
仪器”、“在线演示”及“实验指导书下载”等不同的功能模块。双击该实验便 可进行实验操作。击右键在弹出的窗口选择“开始实验”即可进行实验操作
系统自动记录实验数据完成后实验者可进行数据处理及实验报告的撰写。
物理实验仿真平台 开始实验 信息化设备
a) IBMXSERIES_3500服务器一台
b) 大学物理仿真实验平台软件一套
c) 联想电脑启天M4360 110台
d) 交换机(H3C 1224R) 4台
e) 投影机松下PT-UX35C2台
f) 录像机2台
g) 稳压电源京青SVC30K2台
h) 扫描仪HP24102台
2-4合作企业的概况和参与程度
中国科技大学是我国研发虚拟仿真实验较早、专业性较强的高校之一。1995
年中国科学技术大学研制成功《大学物理仿真实验1.0 for DOS》同年通过
国家教委鉴定96年由高等教育出版社出版。它是国内第一套具有一定规模和
水准的实验教学软件也是第一套模拟型的CAI软件。该成果96年获中国科学
院教学成果一等奖97年获国家级教学成果二等奖。目前中国科技大学奥瑞
公司开发了新版的物理虚拟仿真实验共计30个实验项目。该软件现已在全国
400多所高校推广应用受到学生的普遍欢迎和使用单位的好评。2012年理
学院与中国科技大学奥锐公司建立了合作关系将我们的设计思想和教学理念
融入到具体的研发工作中。我们下一步工作是结合学校和学院的具体实际在
原有资源基础上丰富实验教学资源库与中科大研究人员一起研发预习系统、
考试系统和师生互动系统等。
2-5虚拟仿真实验教学和管理队伍教师水平、虚拟仿真实验教学和研发水平、
队伍结构等
物理虚拟仿真实验教学和管理队伍相对成熟和稳定现有专职管理人员3
人实验教师22人平均年龄为38岁。其中教授、副教授9人
高职比例占
40.9博士4人、硕士15人高学历比例占86.4。目前从事物理理论与
实验教学工作的教师在每学期的课堂教学评价专家、同行和学生中成绩
都被评定为优秀在学校的各项教学大赛中有多人获奖。总之实验中心的各
位教师在专业知识和实验技能等方面都能胜任虚拟仿真实验的教学工作但在
虚拟仿真实验的研发上还存在一定的差距。 2-6虚拟仿真实验教学中心的管理体系组织保障、制度保障、管理规范等
1.组织保障
物理虚拟仿真实验教学中心是以我校物理实验教学示范中心为依托组建
的现隶属于理学院。中心实行校、院两级管理主任负责制现设主任、副
主任和实验室主任各一人同时还设有系统管理员和教务与课程管理员。中心
主任由理学院院长赵宝江教授博士兼任主要负责实验中心的整体规划、
建设、科研开发和对外交流工作副主任由理学院教学副院长兼任与实验室
主任共同负责仿真实验教学规划、设计、检查与管理系统管理员负责中心网
站建设与维护、仿真实验程序的开发、实验教学系统数据库的常规管理教务
与课程管理员负责初始化课程信息实验项目安排与组织等工作。
2. 制度保障与管理规范
虚拟仿真实验教学中心严格执行《牡丹江师范学院实验室管理规章制度》
和《牡丹江师范学院实验教学管理规定》并结合中心的特点制订了《虚拟仿真
实验教学中心管理规定》、《实验中心人员分工细则和岗位职责》、《中心实验室
开放管理制度》、《学生实验守则》、《实验室安全制度》、《实验人员定期考核
制度》、《仿真实验课考核与成绩评定办法》等实验室管理规章制度。在管理
中既严格执行各项规章制度又充分体现以人为本、以学生为主体的理念使
虚拟仿真实验教学和实验室管理逐步走向规范化。
2-7虚拟仿真实验教学中心的特色与创新
1.中心的建设特色
根据我校的具体情况物理虚拟仿真实验教学中心的建设工作规划分为三
个建设阶段。第一阶段为虚拟仿真实验教学系统与部分仿真实验资源开发建设
阶段第二阶段为物理实验教学资源补充、实验预习系统和实验考试与评判系
统的开发与建设阶段第三阶段为资源扩展阶段。在第一建设阶段中心通过
仿真实验教学演示和真实实验教学视频相结合、仿真实验教学指导与实验理论
电子讲义相结合实现了教学效益最大化通过多媒体、多角度、多方向的共同
作用通过真实实验教学视频观看仿真实验操作模拟和真实实验的设计与实
施这三段式教
学实践过程实现了仿真实验与真实实验实践活动的有机结合
解决了学生无法随学随练的教学矛盾和困难同时为众多学生进行网络自主学
习提供了方便建立了以学生为主体、以学生自我训练为主的教学模式提高
了学生实验预习效果和实验教学效果。
2.仿真实验教学系统的设计特色
1该系统采用最新的虚拟仪器和虚拟实验场景的建模技术实现数据模型
和画面模型分离可实现仪器面板更换。建立与真实实验一致的仿真软件为
教学模式的创新提供了平台支持。
2仪器的关键部位可拆解在调整中可以实时观察仪器各种指标和内部结
构动作变化增强对仪器原理的理解对功能和使用方法的训练。
3实验仪器实现了模块化学生可对提供的仪器进行选择和组合用不同
的方法完成同一实验目标培养学生的设计思考能力。并且通过对不同实验方
法的优劣和误差大小的比较提高学生的判断能力和实验技术水平。
4该软件能够深入解剖实验教学过程所以要求学生必须在理解的基础上
通过思考才能正确操作克服了实际实验中出现的盲目操作和走过场现象大
大提高了物理实验教学的质量和水平。
5该仿真实验系统对实验相关的理论进行了演示和讲解对实验的历史背 景和意义现代应用等方面都做了简单的介绍使仿真实验成为连接理论教学
与实验教学培养学生理论与实践相结合思维的一种崭新教学模式。
6实验中待测物理量可以随机产生每个学生和每次实验操作所测得的正
确结果不同从根本上避免了作弊。
7设计性仿真实验给学生留有较大的选择空间学生可在这个环境中自行
制定实验方案、选择实验仪器、调整实验参数、操作实验仪器模拟真实的实
验过程。这一方式对激发学生的学习热情和创新精神为大面积开设设计性、
研究性实验提供了良好的教学平台和教学环境。 3. 资源共享
3-1目前教学资源共享的范围和效果
牡丹江大学是市属专科院校理工类专业均开设《大学物理》课程我校
将初期建设中的物理虚拟仿真实验中心网站的网址提供给牡丹江大学物理实验
中心供学生随时随地上网学习物理实验视频和物理虚拟仿真实验项目内容。
通过问卷调查和访谈的方式我们了解到该校学生对虚拟仿真实验的教学
效果基本满意。他们认为这种全新的实验方式激发了学生学习物理的兴趣提
高了实验效率拓宽了学生的视野为学生提供了大胆探索的实验环境。
3-2进一步实现共享的计划与安排
2013年10月-2014年7月
与黑龙江职业经济技术学院、黑龙江省林业职
业技术学院实现共享
对牡丹江师范学院不开设大学物理的文科学
生对物理有兴趣的理科学生进行科学素养
教育以科普方式进行
2014年9月-2015年 7月 为牡市示范高中提供竞赛辅导
2015年9月-2016年7月 为周边没有条件开设物理实验课的学校提供
远程物理虚拟实验教学指导
4.条件保障 4-1基础条件仪器设备配臵情况、环境与安全、运行与维护等
在设备配臵方面我校物理虚拟仿真实验教学中心现有标准实验室2个
总面积168平方米室内建有局域网配有新型计算机100台可实现网络同传、
师生交互等管理功能另外实验室还配有多媒体投影等必备教学设施在外网建
有物理实验教学示范中心网站配有较丰富的物理实验教学资源如实验教学录
像、图片、文字、电子讲义和仿真实验教学管理系统等可以实现大学物理、专
业物理、电工电子等仿真实验教学工作。
在仿真实验教学与管理方面中心配有系统管理员和教务与课程管理员负
责初始化课程信息实验项目安排与组织、中心网站建设与维护、仿真实验程序
的开发、实验教学系统数据库的常规管理等。
4-2经费来源及使用规划
物理虚拟仿真实验教学中心的经费主要来源于以下三个方面一是学校实验
室专项建设经费二是省级物理实验教学示范中心建设经费三是实验中心常规
管理和耗材采购经费。其实验室专项建设经费主要用于仪器设备采购和标准化实
验室建设方面实验教学示范中心建设经费主要用于学习考察和仿真实验教学资
源开发与采购中心耗材采购经费主要用在实验室常规管理、维护和运行方面。
5学校和主管部门意见
学
校
意
见
牡丹江师范学院物理实验教学中心是省级实验教学中
心师资队伍配备合理仪器设备完善已购臵“物理仿真
实验互动平台”对学生开放使用。并建有大学物理课程网
站实现学生的在线答疑、作业提交和考试系统。同意推荐
申报省级物理虚拟仿真实验教学中心。
负责人签字 公章
年 月 日
学校主管部门
意见
教育部所属高
等学校不填此栏
负责人签字 公章
年 月 日