物理綜合虛擬仿真實驗教學(xué)中心

2010—20122009—2011年，遼寧省教育廳“高等學(xué)校基層教學(xué)單位（院系）教 2006— 2005—2006量子光學(xué)與測量和計算的若干問題，國家自然科學(xué)基金，光場時空關(guān)聯(lián)的量子測量與調(diào)控的研究，遼寧省教育廳，一種新型光纖光柵寬帶可調(diào)諧濾波器，沈陽市科技局，全光波長轉(zhuǎn)換器的研究，沈陽市科技局，1022030-1-【公開的教改探索》,Vol.28No.3。Roleofintensityfluctuationsinthird-ordercorrelationdouble-slitinterferenceofthermallight,J.Opt.Soc.Am.A30,1422-1425(2013)Roleofmultiphotonbunchinginhigh-orderghostimagingthermallightsourcesPhys.Rev.A79,0538442009)SCIEntanglementofTwo-ModeSqueezedEvenandOddCoherentCommun.Theor.Phys.,501137-1142(2008),SCI檢索Quantumpropertiesoftwo-modesqueezedevenandoddcoherentstates,Commun.Theor.Phys.,47317-321(2007),SCI檢索；DynamicalinstabilityofthedarkstateintheconversionofBose-mixturesintostablemolecules,ChinesePhysicsB,20(8),080309,(2011),SCI檢索；LinearinstabilityandadiabaticityofadarkstateduringconversiontwospeciesofFermionicatomstostablemolecules，ChinesePhysicsB,21(4)，040308,(2012),SCI檢索；DynamicalinstabilityandadiabaticevolutionoftheatomHomonucleartrimerdarkstateinacondensatesystem.ChinesePhysicsB18(9),1674-1056(2009),SCI檢索；Adiabaticfidelityforatom-dimerconversionsysteminRamanadiabaticpassage物理學(xué)報,58(8),5311-5317(2009),SCI，EI檢索；TwonewtypesofquantumstatesgeneratedviahigherpowersofBogoliubov’stransformation,JournalofMathematicalPhysics.,45(5):1752-17612005),SCIAnewclassofquantumstatesgeneratedbym-foldapplicationofBogoliubov’sTransformation,ChinesePhysics.2005,13(8),1269-1207,SCI檢索；Quantumstatisticalpropertiesofteralizedexcitedevenoddcoherentstates,JournalOpt.B:QuantumSemiclassical,5,364-369(2004),SCI，EI檢索；由m階Bogoliubov2005,10(9)36-39(2005)，EI1-14.變換的多光子關(guān)聯(lián)成像理論研究，遼大學(xué)報 193-光子加糾纏相干態(tài)的量子特征，遼大學(xué)報，2006,33(1)18-輻射場平移激發(fā)相干的非經(jīng)典特性，遼大學(xué)報，2004,129-平移激發(fā)奇偶相干態(tài)的非經(jīng)典性質(zhì)，遼大學(xué)報，31(2)132-平移激發(fā)奇偶相干態(tài)，遼大學(xué)報，2003，30(2),116-遼寧省普通高等學(xué)校本科教學(xué)名師（2013年遼寧省教育廳教改項目“文科綜合實驗教學(xué)的探索與創(chuàng)新”（2012；理業(yè)績考核指標(biāo)體系研究”一等獎（2010；遼寧省教育廳教改項目“遼寧本科課程考試探索與實踐（2011；遼寧大學(xué)教改項目“基層教學(xué)單位（院系）教學(xué)過程管理業(yè)績考核”指標(biāo)評價體系—以遼寧大學(xué)為試點“一等獎(；“關(guān)于高校文科建設(shè)的實踐與對策思考，獲省高校工作研究會優(yōu)秀一等獎（200；遼寧省教育廳普通高?！敖ㄔO(shè)和管理工作”先進(jìn)個（2008；遼寧大學(xué)本科教學(xué)”十佳”教師遼寧大學(xué)優(yōu)秀本科教師(2005)2006年，獲遼寧省自然科學(xué)學(xué)術(shù)成果“一等獎；2009年，獲遼寧省自然科學(xué)學(xué)術(shù)成果“三815300實驗人時數(shù)/10（43個題目412320人時數(shù)/遼寧大學(xué)省內(nèi)四所家“21有2個國家級實驗教學(xué)示范中心、6個省級人文社科重點研究 、7個 、3個省級工程技術(shù) 、1個省級工程 、5個省級實驗教學(xué)示范中心、6個 與地方共建高校特色優(yōu)勢學(xué)科 、1個 支校平4個省高等學(xué)校創(chuàng)新團隊。可以提供良好的教學(xué)、科研、信息交流及團隊合作等軟硬件條件。一直以來，遼寧大學(xué)對理工學(xué)科的實驗教學(xué)科研平臺建設(shè)給予穩(wěn)定、持續(xù)的支持以保障實驗室的正常運行與管理。此外，學(xué)校已經(jīng)建成的“ 綜合管理及建設(shè)平臺“l(fā)d網(wǎng)絡(luò)教平”也部為 建設(shè)項目放。面對1世紀(jì)社會發(fā)展、時代進(jìn)步的要求，遼寧大學(xué)秉承“明德精學(xué)、篤行致強”的校訓(xùn)精神，以“應(yīng)用型、復(fù)合2007年，根據(jù)國家教育部高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué) 據(jù)遼寧大學(xué)物理學(xué)院現(xiàn)有的物理學(xué)、電子科學(xué)與技術(shù)和測控技術(shù)與儀器3個一級學(xué)科，4個本科專業(yè)，7 點的人才隊伍和硬件條件，依托于“遼寧省光電 “沈陽 ，以及“與地方共建高校特色優(yōu)勢學(xué)科 財政支持高校發(fā)展專項教學(xué)實驗平臺”3個項目步整合學(xué)院虛擬仿真2009年，物理學(xué)院將“光電子技術(shù) ”6個教學(xué) 建立了“激光應(yīng)用與光電子技術(shù)實驗教學(xué)中心；2013年被 面積1100余平方米；現(xiàn)有儀器設(shè)備340余臺（套，設(shè)備總價值730余萬元設(shè)備完好率98%以上，儀器使用率96%以上，實驗教學(xué)儀器設(shè)備條件配置已經(jīng)達(dá)了國內(nèi)高等學(xué)校同類學(xué)科專業(yè)的先進(jìn)水平。10萬元以上設(shè)備有：鈦寶石飛秒激光器GSAKF020（r:2B4600UVBETM；300W300A；（TCD/FID；（LS55Z280B（Lambda750機等。通過借助該省級實驗教學(xué)示范中心和物理學(xué)院各種校級專 的實在真實實驗平臺環(huán)境下，部分按照人才培養(yǎng)計劃要求必須開展的實驗課題由于涉及高?；?的環(huán)境、不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或綜合訓(xùn)練等遼寧學(xué)物理學(xué)按“學(xué)交叉資共”則勢，充分利用學(xué)校信息化實驗教學(xué)資源，以培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計和創(chuàng)新能力為出發(fā)點，創(chuàng)造性地建設(shè)與應(yīng)用高水平 共享虛擬實驗、儀器共享虛擬實驗和 控制虛擬實驗等教學(xué)資源，豐富教學(xué)內(nèi)容，拓展實驗領(lǐng)域，提高教學(xué)能力，降低成本和風(fēng)險，開展綠色實驗教學(xué)。中心將虛擬仿真實驗教學(xué)與真實實驗教學(xué)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)， 傳統(tǒng)的專業(yè)實驗，建立集教學(xué)研究、實驗實踐、科研訓(xùn)練為一體的實驗教學(xué)體系，將學(xué)科專業(yè)、光學(xué)非線性模擬、光通訊技術(shù)、光譜分析、固體發(fā)光、激光與等離子體混合法材料表面合金化、以及現(xiàn)代信號檢測技術(shù)方法等模擬仿真實驗教學(xué)。通過虛擬仿真實驗教學(xué)中心的建設(shè)，構(gòu)建高度仿真的虛擬實驗環(huán)境和實驗對象，使學(xué)生在虛擬環(huán)境中安全、可靠和經(jīng)濟地開展實驗，達(dá)到教學(xué)大綱所要求的教學(xué)效果，實現(xiàn)真實實驗不具備或難以完成學(xué)功能擬仿真教學(xué)中設(shè)充分“虛實、相互，以研促教、注創(chuàng)新，強開放、校合作”的則。 教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)以及管理體制、運行機制等方面的與科研成果轉(zhuǎn)化成綜合設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗教學(xué)內(nèi)容，開闊學(xué)生眼界與視野；現(xiàn)有實驗和方法，設(shè)計研究型實驗，開拓學(xué)生思維，提高學(xué)生創(chuàng)新研究能力；提供面向工程技術(shù)類型和科學(xué)研究類型的不同實驗教學(xué)方案，按學(xué)生對學(xué)生進(jìn)行分類型培養(yǎng)?？蒲谐晒D(zhuǎn)化為虛擬仿真實驗教學(xué)項目，拓展了虛擬仿真實驗教學(xué)范圍，才。密切聯(lián)合理工大學(xué)、 、大學(xué)、中國 術(shù)開發(fā)區(qū)、鐵嶺高新技術(shù)開發(fā)區(qū)等高校、科研院所，與企業(yè)共建人才培養(yǎng)和技術(shù)開。比如：與理工大學(xué)應(yīng)用物理系有比較好的合作關(guān)系，在發(fā)光學(xué)、光譜學(xué)、 課題組在功能材料的可控方面開展合作研究；與大學(xué)環(huán)境材料與再生能源研 陽高新經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)北方交通重工合作開發(fā)“井下應(yīng)急救援激光通信系統(tǒng)；與鐵 統(tǒng)”等等。此外，中心還利用理工學(xué)科專業(yè)交叉兼容的特色優(yōu)勢，與MentorGraphic公司、遼寧省信息產(chǎn)業(yè)廳、遼寧省教育廳合作建立了“遼寧省集成電路及電子系統(tǒng)設(shè)計合 ，旨在開展工程設(shè)計、技術(shù)創(chuàng)新，實現(xiàn)虛擬仿真專業(yè)實驗與科學(xué)研究、工程實際、社會應(yīng)用相結(jié)合，加強合作交流，推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研 進(jìn)程。 計、綜合和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的虛擬仿真實驗項目。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實、多、人機交互、方法與創(chuàng)新。中心以物理學(xué)院的遼寧省“激光應(yīng)用與光電子技術(shù)實驗教學(xué)示范中心”為依托設(shè)“微觀物理理論虛擬仿真”“功能材料與性能模擬仿真”、“半導(dǎo)體器件與集成電路設(shè)計虛擬仿真”、“信號測量與分析虛擬仿真”。教學(xué)與實驗教學(xué)相結(jié)合，以虛擬仿真實驗教學(xué)為，重點支撐物理學(xué)院4個本科專業(yè)課程體系教學(xué)，開設(shè)10門課程，43個實驗題目。微觀物理理論虛擬仿子核的結(jié)構(gòu)，也可以學(xué)習(xí)用散射實驗研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法，對進(jìn)一步的學(xué)代物理 圖示圖示1顯示了不同能量下α粒子束與原子核的碰撞散射過程，除此之外學(xué)生能夠通過簡單的計算機操作觀察在不同能量范圍內(nèi)，α粒子與不同結(jié)構(gòu)靶核的對撞過程中粒子的運動路徑及規(guī)律。通過本實驗學(xué)生還可以直觀地觀察到不同實驗條件下α粒 2α原子結(jié)構(gòu)模型也多種多樣（比如彈性球模型、系模型、模型、德布羅 中不能對著些模型給出對比。在本實驗中通過模擬光照激發(fā)氫原子中電子來得到氫原子光譜。對氫原子光譜進(jìn)量，測得了氫 通過計算機虛擬其它原子結(jié)構(gòu)模型下（比如彈性球模型、系模型、模型、德布羅意駐波模型）的氫原子光譜實驗。圖示4分別是彈性球模型和原始系模型，圖示而在圖示5中德布羅意駐波模型，以及 使學(xué)生清晰的看到各個原子模型之間的差異。同時在這個實驗中也可以通過改變圖示通過以上兩個實驗可以使學(xué)生對近代原子結(jié)構(gòu)，德布羅意物質(zhì)波假說、原子 本實驗依托ColoradoBoulder大學(xué)的免費提供的交互式仿真程序資源PhET，該程電子自旋及原子角動量空間取向量子化（Stern-Gerlach實驗）的虛擬仿真驗 開設(shè)S-G實驗教學(xué)的單位很少。S-G實驗儀器大幾十萬，但是目前還沒有找到生產(chǎn)該儀器設(shè)備的生產(chǎn)廠家。學(xué)院曾經(jīng)開設(shè)過該實驗，但是目前由于真空系統(tǒng)等故障 大學(xué)，該校使用的設(shè)備是20世紀(jì)真空系統(tǒng)，還包溫熔爐，極靴型磁鐵，探測電流的探針。真空獲得設(shè)備以及檢測設(shè)備包真空分子吸收泵、機械真空泵、擴散真空泵和壓強計。設(shè)備包括變壓 本仿真實驗通過選擇不同基態(tài)的原子、不同原子運動速度、磁場梯度等參數(shù)來觀察原子射線束在不均勻磁場中的情況。S-G實驗利用原子射線束在不均勻磁場內(nèi)將被測原子(例如氫原子)放入加熱爐O中，加熱使其蒸發(fā)。氫原子從加熱爐的小孔中溢出，速度為v,通過狹縫S1，S2后形成一細(xì)束，經(jīng)過一不均勻的磁場(極靴磁極)接收原子。為了避免射線源在空氣中氧化，增加原子的程，降低碰撞概率，提高gSn,Cd,-0▌Sn,-0▌H,Li,Na,2 Cu,Ag,O▌▌▌▌-0▌S-GK等基態(tài)為2S的原子，而模擬實驗可以選擇具有不同原子磁矩的原子，如Sn,Pb，H,Li,Cu,Ti，O等原子，這有助于提高S-G實驗教學(xué)水平，更好地理解電子自旋概念，角動量或磁矩空間取向量子化的概應(yīng)用物理的，拓展學(xué)生對前沿科學(xué)研究工作的了解，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識。 需要人們能夠?qū)庑畔⒌膭討B(tài)傳輸，可逆，以及相干操控進(jìn)行 實驗教學(xué)需求，因此，利用Fortran、Mathematica、Origin等虛擬相干光場耦合原子系綜的光學(xué)信息圖像再現(xiàn)過程，并對真實結(jié)果做仿真分析處理，開設(shè)了如下3個實驗題目。選擇合適的原子模型，利用Fortran程序和Origin模擬攜帶信息的弱探測光場在電磁感應(yīng)透明（EIT）情況下穿過冷原子介質(zhì)的動力學(xué)過程，對比輸入脈沖和輸件和系統(tǒng)參數(shù)，不同實驗條件下得到的結(jié)果有何不同。選擇合適的系統(tǒng)，利用Fortran程序和Origin模擬將攜帶信息的弱光脈沖輸入儲和提取。介質(zhì)末尾處輸出光脈沖的幅值和寬度，了解光過程對光脈沖的影圖示9： 設(shè)計合適的原子模型，利用Fortran程序和Origin模擬通過拍信號的產(chǎn)生10：拍信號的結(jié)果模擬設(shè)計合適的原子模型，利用Fortran程序和Origin模擬在超冷原子介質(zhì)中通過引入非相干激光場實現(xiàn)超快光脈沖的過程，通過輸出脈沖和輸入脈沖，了解超快輸出脈沖的提前時間。改變激光場的強度和其它實驗參數(shù)，所得超快光脈沖的不 品安全和的檢驗提供了重要的技術(shù)。分子振動光譜室《原子與分子物理學(xué)》振動光譜進(jìn)量。但是，分子躍遷選擇定則的互補性（線性激發(fā)）決定了無法同步分子的精密測量提供的輔助。這不僅能夠為發(fā)展光譜分析提供更加廣闊的空間，對學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)也具有舉足輕重的作用。為此，采用商業(yè)化的Gaussian09計算分子的拉曼光譜和紅外光譜，可視化分析分子振動的微觀物理Gaussian09圖示圖示使用GaussianView 圖示 與性能模擬仿一種技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛的表面處理。離子注入仿真實驗是《材料科學(xué)》和《計 們利用Strim、Fortran、Mathematica、Origin等再現(xiàn)離子注入過程，并對真實結(jié)果用trim 碳等離子注入鐵、鈦等基底的整個過程；得到離子在基底中的分布情況，導(dǎo)出離子在基底用Fortran或其他高級計算機語言對導(dǎo)出數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析；利用rigin等繪圖 將仿真實驗和統(tǒng)計分析的結(jié)果以可視化方式呈現(xiàn)；最后對結(jié)果進(jìn)行分trim 擬 錄 能量損失以及次級粒子在整個 過程中的各種參數(shù)。從而得到不同粒子，以不同的能量，從不同置，以的角度到靶中況，例粒子打材料中度，入射粒子在靶物質(zhì)中的分布等。具體實驗步 圖示17：計算得到的反沖原子 圖示18：大量入射粒子在靶材料中的分Srim模擬離子注入過程，可以從微觀尺度研究離子注入機制，降低研究難度和研究成本，對于離子注入后的材料的結(jié)構(gòu)和物性進(jìn)行理論，從而達(dá)到設(shè)計行為，使學(xué)生充分離子注入的整個動力學(xué)過程，通過實驗使學(xué)生對離子注入的物 阻塞、Fano效應(yīng)、Kondo效應(yīng)、自旋極化輸運 利用Fortran和 態(tài)格林函數(shù)方法模擬體系的輸運電導(dǎo)，利用Origin直觀地呈現(xiàn)電子的相干輸運特子的相干輸運特征，使學(xué)生了解介觀體系中電子輸運的庫侖阻塞和隧穿現(xiàn)象，了圖示實現(xiàn)電子的自旋極化輸運就可實現(xiàn)量子比特。本實驗利用Fortran和 自旋輸運電流，利用Origin直觀地呈現(xiàn)電子的自旋極化輸運特征。通過對模型結(jié)圖示20：模擬平行耦合 利用 包模擬具有晶格結(jié)構(gòu)的介觀體系的電子輸運，例如：計算不同 與實驗上相輔相成，相互拓展，引出對方更次的問題和解決方法。這些過程能使學(xué)生體會到，相對于實驗科學(xué)的樣品與測量分析兩個主要步驟，仿真模擬同樣有構(gòu)建模型（依照晶體結(jié)構(gòu)、原子間的作用等物理規(guī)律“樣品）與過程模擬（類似于仿真具體性多重效果。為此，開設(shè)了如下4個實驗題目：品，模擬其激發(fā)發(fā)射過程。通過對觀測到的晶態(tài)環(huán)境進(jìn)行參數(shù)化，以參數(shù)擬合效果和結(jié)果的準(zhǔn)確性對模型進(jìn)行檢驗，為設(shè)計新材料體系提供指導(dǎo)。OptiwaveBPM和Rsoft對波分復(fù)用器、光開關(guān)、延遲線等光波導(dǎo)器件進(jìn)行分析設(shè)計。兩綜合了二維束方法、模式處理、波導(dǎo)彎曲損耗模擬等諸多理 如MaterialsStudio等， 具有全尺度材料結(jié)構(gòu)設(shè)計模擬及性質(zhì)計算功能，教學(xué)中通過圖形化模塊MaterialsVisualizer構(gòu)建計算三維模型，操作、觀察及分析晶胞，分子，晶體表面，納 圖示22：氧化鋅纖鋅礦結(jié) 圖示23：PrBaCoSc結(jié)基于分子動力學(xué)的計算、載流子與溫度的關(guān)系，能電池輸出特性模擬、摻雜濃度圖示24：能電池輸出特性的模 圖示25：電阻率與摻雜濃度關(guān)系的仿通過該進(jìn)行虛擬教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生掌握材料的設(shè)計方法，深刻理解各種參數(shù)的 半導(dǎo)體器件與集成電路設(shè)計虛擬仿室利用ISE_TCAD虛擬半導(dǎo)體工藝制造流程及由工藝所得到的器件的電學(xué)性能測試，并開設(shè)了如下13個實驗題目：二極管工藝流程實驗；PN結(jié)電學(xué)參數(shù)仿真；雙極型晶體管工藝流程仿真；雙極晶體管電學(xué)特性仿真；NMOS工藝流程仿真；NMOS管電學(xué)特性仿真；CMOS反向器電學(xué)特性仿真；利用Mdraw繪制突變及緩變結(jié)二極分別針對半導(dǎo)體二極管、晶體管、MS管、MS管的實際工藝參數(shù)，通過借仿真 IS也可以用于單項工藝的模擬，從而達(dá)到優(yōu)化設(shè)計集成電路制造工藝及分析工藝條件對工藝結(jié)果影響等目的。既可以仿真離子注入、氧化、擴散等以摻雜為主的工藝，也可以的IC擬 擾。圖示半導(dǎo)體器件仿真主要用于對半導(dǎo)體器件特性尤其是電學(xué)特性的仿真。ISE_TCAD器件仿真過程輸入的是器件結(jié)構(gòu)和尺寸的各種參數(shù)（如摻雜、幾何尺寸和網(wǎng)格信息等DESSIS模塊中仿真器對方程的求解，得到一系列參數(shù)文件，通過INSPECTECPLOT模塊查看器件的電學(xué)特性、寄生參數(shù)等。由于器件仿真結(jié)果主要依賴于器件結(jié)構(gòu)尺寸以及摻雜分布，而精確的摻雜分布主要依靠工藝仿真獲得，因而在很多種情況下需要將TCAD工藝仿真和器件仿真結(jié)合在一起使用。 對電子設(shè)計自動化（EDA）提出了更高的要求，進(jìn)而也促進(jìn)了EDA技術(shù)的發(fā)展和普及 教學(xué)， 、DesignCompiler和Astro等 系統(tǒng)完整的設(shè)計流程及常用的EDA工具使用方法，開設(shè)了以下4個實驗題目：圖示通過MultiSim主要實現(xiàn)簡單數(shù)字邏輯電路、簡單數(shù)字模擬混合系統(tǒng)的虛擬仿真 學(xué)生有直觀認(rèn)識。如圖示28所示為使用MultiSim完成的數(shù)字電子時鐘系統(tǒng)電路圖示通過 利用Verilog-HDL語言實現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)字集成電路系統(tǒng)HDL設(shè)計。通過編寫可綜合風(fēng)格的HDL語言來描述一個復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)邏輯功能，并通過編29所示為使用進(jìn)行的復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)HDL仿真結(jié)果。圖示 利用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝文件，通過DesignCompiler對HDL語言描述的數(shù)字系A(chǔ)stro進(jìn)行電路版圖的自動布局布線。如圖示30所示為復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)的電路綜合與版圖結(jié)果。圖示30：DesignCompilier邏輯綜合結(jié) 圖示31：Astro自動布局布線結(jié)通過QuartusII利用FPGA硬件平臺將HDL語言描述的數(shù)字系統(tǒng)功能代碼轉(zhuǎn)化為實際的硬件電路。并利用SignalTapII和In-SystemSourcesandProbes技術(shù)實現(xiàn)3233FPGA硬件系統(tǒng)平臺及使用SignalTapII工圖示32：FPGA硬件系統(tǒng)平 圖示33：數(shù)字濾波器電路調(diào)試結(jié)元器件損耗等不足，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)的同時降低了實驗成本。通過構(gòu)建完整的數(shù)字集成電路系統(tǒng)設(shè)計流程實驗，有利于學(xué)生對數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計有更次的了解。并且虛擬仿真與FPGA硬件平臺相結(jié)合的方式通過PFGA硬件實現(xiàn)系統(tǒng)，可以方便地將虛擬的數(shù)字集成電路系統(tǒng)進(jìn)行硬件實驗，并通過采用SignalTapII 儀，可以在上通過JTAG調(diào)試對實際硬件進(jìn)行操作，在上重現(xiàn)實驗結(jié)果，壓等功能，作為微電子技術(shù)的技術(shù)之一，模擬集成電路的基本理論知識與設(shè)計方 教學(xué)，構(gòu)成了完整的半定制模擬集成電路系統(tǒng)設(shè)計與虛擬仿真實驗課程?；贑adence、Caliber、HSPICE等EDA開展實驗，為了讓學(xué)生能夠掌握基本的模擬集成電路設(shè)計方法，開設(shè)了以下3個實驗題目：基于標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝，使用Cadence進(jìn)行模擬集成電路中最基本也是最重要的電路結(jié)構(gòu)CMOS集成運算放大器的電路設(shè)計。在給定電路性能指標(biāo)的前提下，選取Spectral仿真工具對電路靜態(tài)特性、瞬態(tài)圖示Calibre進(jìn)行電路版圖的DRC檢驗及LVS比對。如圖示35所示為運算放大器電路圖示使用Calibre 表，同時使用 對電路網(wǎng)表進(jìn)行電路后仿真，并將后仿真結(jié)構(gòu)與原理圖特點。如圖示36所示為HSPICE仿真圖。圖示36：HSPICE電路仿真并將理論知識與實踐實驗相結(jié)合，對關(guān)鍵知識點有更次的掌握。同時由于本實驗EDA與實驗方法是當(dāng)前模擬集成電路設(shè)計的主流設(shè)計方法，這樣也能夠高年級學(xué)生開設(shè)的作為《信號與系統(tǒng)》理論基礎(chǔ)課的補充實驗課程。主要是基于 通 對信號與系統(tǒng)分析處理中常用的數(shù)學(xué)分析方法與各種信號如圖示37所示為使用 圖示 編寫的模擬濾波器頻率特性曲線及仿真結(jié) 器、模擬濾波器等功能模塊構(gòu)成一個完整的電子系統(tǒng)，并對其進(jìn)行功能仿真。如圖示 實現(xiàn)的調(diào)制解調(diào)器系統(tǒng)及仿真結(jié)果 信號測量與分析虛擬仿利用各種儀器實現(xiàn)信號的獲取、測量與分析是科學(xué)研究與工業(yè)生產(chǎn)等的重要環(huán)節(jié)和必備，目前已廣泛應(yīng)用于機械、電子、醫(yī)學(xué)、汽車、農(nóng)業(yè)、化工、航空航天等采， 件 而虛擬儀器是以為，以計算機為載體，結(jié)合價格低廉、性能高效的通用硬件平臺，由用戶設(shè)計定義，具有虛擬面板的，儀器主要功能由實現(xiàn)的新型儀器系統(tǒng)，分析與工程測試實驗中，采用DRVI快速可重構(gòu)虛擬儀器開發(fā)及NI公司的LabVIEW虛擬儀器設(shè)計作為開發(fā)平臺，通過學(xué)生自行設(shè)計虛擬儀器，自行搭 變換原理將時域信號變換為頻域信號，利用DRVI快速可重組實驗項目二：波形和分解實驗 變換原理，利用DRVI快速可重組虛擬儀器平臺設(shè)計一組奇次諧波來完成波形的和分解過程，通過本實驗熟悉信號的、分解原理，進(jìn)一步 通過相關(guān)分析可以發(fā)現(xiàn)信號中許多有規(guī)律的東西。本實驗利用DRVI快速可重組虛擬規(guī)模集成、可實現(xiàn)濾波等優(yōu)點。本實驗利用DRVI快速可重組虛擬儀器平臺設(shè)計 放大了的緩變信號。上述信號傳輸中的變換過程稱為調(diào)制與解調(diào)。本實驗利用DRVI本實驗利用主流的虛擬儀器開發(fā)平臺NILabVIEW進(jìn)行編程，結(jié)合計算機聲卡實現(xiàn)音頻信號的實時、實時、回放、信號分析（時域分析和頻域分析）等多種功能。本實驗使學(xué)生對于信號、信號時域及頻域分析等知識加深理解，并更好的圖示44：音頻信 與顯 圖示45：音頻信號分本實驗采用應(yīng)變式力傳感器及通用USB 儀器平臺進(jìn)行編程，實現(xiàn)傳感器的標(biāo)定及電子稱的設(shè)計，并可利用網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)共享。 本實驗利用反射式光電傳感器及通用USB 儀，利用DRVI快速可重組虛擬儀器平臺進(jìn)行編程，實驗轉(zhuǎn)子實驗臺的轉(zhuǎn)速測量，并可利用網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)共享。通 本項目包含兩個子實驗，分別利用紅外漫反射式傳感器及電渦流開關(guān)結(jié)合通用 儀，利用DRVI快速可重組虛擬儀器平臺進(jìn)行編程，實現(xiàn)普通物件及鐵磁性物體的計數(shù)功能，并可利用網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)共享。通過本實驗使學(xué)生進(jìn)一步了解紅外傳感器及電渦流傳感器的測量原理和方法，掌握物件計數(shù)的實現(xiàn)方法，加深對數(shù)本實驗利用通用USB 信號同步等知識點，提升 來實現(xiàn)，而傳感器原理實驗、傳感器應(yīng)用及工程測試設(shè)計則需要學(xué)生根據(jù)實驗要求自主選擇傳感器及 硬件、自行設(shè)計測量，進(jìn)控平臺的設(shè)計和搭建，包括傳感器的布置位置、測量方式、信號獲取質(zhì)量的判別、的測控分析環(huán)節(jié)等，體現(xiàn)虛實結(jié)合，軟硬結(jié)合的實驗特色，以進(jìn)一步提高學(xué)生面對實際問題的處理能力、分析能力和解決能力?；谔摂M儀器技術(shù)實現(xiàn)的上述實驗教學(xué)系列項目將傳統(tǒng)的“驗證性及演示性教學(xué)模式”改為“結(jié)合實際應(yīng)用的設(shè)計性習(xí)積極性和，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力，提高了學(xué)生的實際應(yīng)用水平，更適應(yīng)社統(tǒng)將采用模塊化設(shè)計思想，將各個實驗獨立而又地結(jié)合起來?；?析，再multisim的硬件仿真，從基礎(chǔ)電路設(shè)計將數(shù)值層面的傳遞函數(shù)，轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實層面的電路設(shè)計，再根據(jù)仿真結(jié)果，進(jìn)行硬件搭建，并由進(jìn)行基于LabVIEW的與硬件在環(huán)仿真，使學(xué)能生能夠更好地理解在工業(yè)中廣泛應(yīng)用的控制系統(tǒng)PID校正的該實驗通過，對二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)的分析，了解阻尼比ζ與自然頻ωn 繪制Bode圖和Nyquist奈氏圖 可編程序控制器，簡稱PLC，是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、電器控 器組成。所以，掌握PLC技術(shù)，是改造傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝和設(shè)備的重要途徑。通過《可編程序設(shè)計方法和編程技巧，使學(xué)生掌握PLC控制技術(shù)的基本原理和應(yīng)用，為今后從事自動化控制領(lǐng)域的工作打下基礎(chǔ)。本實驗基于MCGS工程組態(tài)模擬被控對象，搭PLC實驗平臺，利用動畫配合實物協(xié)同運動，這種方法可以擺脫控制對象難以模擬對實驗的，僅用一個PLC來實現(xiàn)生產(chǎn)生活中諸多的控制過程。本實驗開設(shè)了如下學(xué)生綜合運用所學(xué)知識，通過PLC編程，對自動售貨機控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，可以圖示PLC課的教學(xué)效果。并豐富了學(xué)生工程實踐DSP進(jìn)行仿真調(diào)試實驗，有助于對程序運行過程和各種中間結(jié)果的形成過程的理的主要內(nèi)容，而進(jìn)行仿真調(diào)試則是該課程的必不可少的實踐環(huán)節(jié)；DSP的通過使用上位機，（LPCXPRESS,CODEWARRIOR等）可以實現(xiàn)與實驗板的USB連接，通過可以設(shè)置斷點。在斷點處觀察變量的變化情況。加深學(xué)生對程序的理解。開設(shè)了如下2個實驗題目：利用電位器對穩(wěn)壓電源進(jìn)行分壓，分壓的輸出接至AD轉(zhuǎn)換 進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換， 的變量中。利用上位機的相應(yīng)的開發(fā)環(huán)境，對不同的電壓情況下，觀察AD轉(zhuǎn)換AD實驗題目二：IIR通過在DSP實現(xiàn)一個低通濾波器。與DSP配合的為一塊高帶編 理器的。也有助于學(xué)生對課堂所講授知識的理解和消化。為進(jìn)一步在實際工作中法，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)了，提高學(xué)生創(chuàng)新的能力。學(xué)檢測對各項機能進(jìn)行檢測以提高對疾病的早期預(yù)防，成為人們非常關(guān)心的非常地，因此本課程針對本科高年級教學(xué)，利用 了2個實驗題目。利用有限元方法對含顱骨層的三層同心圓的簡單頭模型進(jìn)行仿真研究。如圖示59 頭模型半徑為10102m，從內(nèi)到外依次是模擬頭部的大腦、顱骨和頭皮，各層電導(dǎo)率分別為0.25Sm、0.0125Sm、0.25Sm，其相對半徑比值為0.87:0.92:1，顱內(nèi)血腫電導(dǎo)率為0.675Sm。不同位置的腦血腫進(jìn)行圖像重建，如圖示60所示。 等32個計算節(jié)點，500多個個計算，每節(jié)點配備20G內(nèi)存，計算節(jié)點之間以InfiniBand網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，系統(tǒng)實測Linpack效率為72.31%。在該高性能計算集群上部署了GAUSSIAN09、TURBOMOLE、ADF、VASP等常用的科學(xué)計算，為我校用戶提供了計算資源，自運行以來狀況良好，平均使用率達(dá)70%以上。這不僅為我校進(jìn)行虛擬仿真實驗的教學(xué)工作的實施提供了一個良好的硬件與平 實驗教學(xué)資源為，以建設(shè)信息化實驗教學(xué)資源為重點，依托虛擬現(xiàn)實、多、 綜合管理及建設(shè)平臺laard網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺”等管理 圖示 劃和實驗教學(xué)大綱，選擇虛擬仿真實驗項目，通過預(yù)習(xí)、實驗操作和數(shù)據(jù)收集分連接、調(diào)節(jié)和使用虛擬實驗儀器設(shè)備進(jìn)行實驗，可以通過平臺提供的儀器設(shè)備搭的新模式和新途徑，建立可持續(xù)發(fā)展的虛擬仿真實驗教學(xué)服務(wù)支撐體系。除滿足校內(nèi) 期21工學(xué)已，校建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。計算機有線網(wǎng)絡(luò)業(yè)已覆蓋兩個校區(qū)的所有樓宇，信息點總數(shù)近兩萬個，主干網(wǎng)絡(luò)傳輸速率達(dá)萬兆，用戶桌面帶寬達(dá)百兆或千兆；通過中國電信和中國聯(lián)通兩個ISP提供的10（包括學(xué)生宿舍區(qū)）帶寬接入廣域 園網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的逐無線P接點1000區(qū) 感知信息接入和多源信息互聯(lián)提供保障。校園網(wǎng)的穩(wěn)定性、可用性、安全性和整體性件 ，的一部分。此外，學(xué)校BB網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺完 67：遼寧大學(xué)Blackboard①主要用于虛擬仿真實驗課程開課的教學(xué)演示，以及使用實驗課程管理平臺完 21180余萬元進(jìn)行計算機實 ②業(yè)素質(zhì)。學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)，對電路原理的認(rèn)識更加深刻。Cadence是集成電路設(shè)計中涉及到的最的之一，也是業(yè)界通用的。將Cadence應(yīng)用到 運行開展了近10年時間，培養(yǎng)了 圖示③ 資源，其中硬件包括：3臺高性能工作站，42臺高性能PC機。 方面擁有業(yè)界最流行的EDA工具及其它一些流行工具，網(wǎng)表工具，綜合工具PC版本的DesignCompiler(DC)，數(shù)字電路模擬仿真 Multisim；的SILVACO”等等；此外，還擁有電路仿真 HSPICE，數(shù)字后端設(shè)計工具DesignCompiler，Astro，Primetime，以及版圖驗證工具Calibre等。同時擁有安全的局域網(wǎng)， 圖示④DRVI可重組虛擬儀器實驗平臺——虛擬綜合測該平臺是基于 總線和 技術(shù)構(gòu)造，采用 總線開放結(jié)構(gòu)和 編程、調(diào)試和重組的新型虛擬實驗技術(shù)。DRVI平臺實驗組建過程在技術(shù)實現(xiàn)上采用構(gòu)件化開發(fā)方式，其優(yōu)點是虛擬儀器實驗開發(fā)過程中不需要編譯、連接環(huán)節(jié)，擬儀器開發(fā)平臺的體積做的很小。例如：DRVI平臺大小不到5M，同時是綠色免安裝。教師、學(xué)生可以方便的用U盤將其拷貝到教室、宿舍等場所的計算機上使用。更總要 ，實驗環(huán)節(jié)功能可根據(jù)需要完全由用戶自己設(shè) 圖示71：遼寧大學(xué)物理綜合虛擬仿真實驗教學(xué)中心DRVI可重組虛擬儀器實驗平該平臺配置有NI高速 機控制訓(xùn)練模塊等，配合NIlabVIEW包可完成傳感器測試測量系統(tǒng)實驗，數(shù) IP包，把大量的在路由器之外。過濾的主要依據(jù)在源、目的IP地址和網(wǎng)絡(luò) TCP或UDP端，通過對端的限制，可以限定網(wǎng)絡(luò)中運行的應(yīng)用。利用行為認(rèn)伸縮性。實現(xiàn)P2P流量管理、防止內(nèi)網(wǎng)泄密、防范風(fēng)險、互聯(lián)網(wǎng)行為記錄、上網(wǎng)安全等多個方面提供最有效的解決方案。有效防止帶寬資源、防止無關(guān)網(wǎng)絡(luò)行為影響工作效率、記錄上網(wǎng)軌跡滿足要求、管控外發(fā)信息，降低泄密風(fēng)險、為圖示 爐用特種溫度傳感器”通過由中國總公司主持的部級鑒定，確認(rèn)成果水平為（3）2012年，本中心同遼寧斯寶達(dá)節(jié)能科技開發(fā) 電力節(jié)能、環(huán)保、新能源領(lǐng)域新產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用，是擁有技術(shù)和自主知識的高科技企業(yè)?，F(xiàn)已建成100余平方米的虛擬仿真 的產(chǎn)商MentorGraphic公司、遼寧省信息產(chǎn)業(yè)廳、遼寧省教育廳合作建立了“遼寧省集成電路及電子系統(tǒng)設(shè)計聯(lián)合，旨在利用Mentor提供的完 硬件設(shè)解決方案，以硬件描述語言的仿真、硬件與的協(xié)同驗證、多內(nèi)嵌式系統(tǒng)的除錯以及“可測試設(shè)計”Design-for-Test）等方面為切入點，虛擬仿真設(shè)計并驗證產(chǎn)品 虛擬仿真實驗教學(xué)師資隊伍的建設(shè)，已建立一支、學(xué)歷、、學(xué)的專實驗教師隊伍，且具有豐富虛擬仿真實驗實踐教學(xué)經(jīng)驗，擁有國內(nèi)知名的學(xué)科人。中心 計劃”，加強對青年教師實驗教學(xué)水平的培養(yǎng)；鼓勵中心教師攻讀博士和進(jìn)修，選送優(yōu)秀實驗教師到國內(nèi)外重點高校、科研院所、著名企業(yè)進(jìn)行以及合作研究，有中心教師都需參加教學(xué)研究，包括教學(xué)研究項目、教學(xué)研究、編寫、 近三年來，中心積極參與教學(xué)和研究，主持教育部十五教改項目子項目項，主持省級教改項目4項，主持校級教改項目4項，指導(dǎo)學(xué)生開展大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中心共承擔(dān)國家、省、市級等重大、重點和一般科研項目共計46項；在國內(nèi)外重要學(xué)術(shù)上120余篇；申請發(fā)明專利8項。虛擬仿真實驗教學(xué)隊伍由專、模式組成。實驗教師兼理論課，理論課教師兼實驗課，實現(xiàn)了兩類教師在教學(xué)中的融會貫通；實驗教師兼管理，管理和技術(shù)兼實驗課或某個實踐環(huán)節(jié)，達(dá)到教學(xué)、管理相互促進(jìn)的目的。專職實驗教此外，中心還聘請了知名教授擔(dān)任中心的顧問，指導(dǎo)中心的建設(shè)、實驗教學(xué)和截止目前，中心現(xiàn)有教學(xué)科研35人，其中教授8人，12人，具有博士的占的77%，生導(dǎo)師17人。12345 6 78偉9 2- 虛擬仿真實驗教學(xué)中心實行依托單位下的負(fù)責(zé)制。由、副主任及研究代表組成管理，依照主管部門及依托單位有關(guān)管理的方針、政策和規(guī)章制度，制定本的管理細(xì)則，實施本的運行和管理，規(guī)劃本中心的實驗教學(xué)和科學(xué)研究方向，審議本的重大學(xué)術(shù)活動、年度工作等，評價科研工作進(jìn)展并提出意見和建議。1女2男副3男副4 女5女6偉男7男高等學(xué)校工作規(guī)程國家教育高等學(xué)校基礎(chǔ)課教學(xué)評估辦法和標(biāo)準(zhǔn)表的通遼寧大 30遼寧大 編制核定、職位設(shè)置與職務(wù)聘任辦法（試行 工 證學(xué)生通過大量的實踐操作來提高自身的動手能力。學(xué)生通過、聽課和實踐三個緊密相扣的教學(xué)環(huán)節(jié)，充分掌握和知識點與技能點。不論是“精講”還是“多練，都 實驗教學(xué) 其它實驗資源的，并提供實驗報告的提交和成果的發(fā)布平臺。實驗教學(xué)示范中心擬運用現(xiàn)代化技術(shù)及先進(jìn)的實驗教學(xué)，充分利用網(wǎng)絡(luò)，使 多教學(xué)課件，推廣運用虛擬、仿真等實驗技術(shù)。 與畢業(yè)設(shè)計()，有利于學(xué)生個性化的系統(tǒng)化培養(yǎng)。在更高的層次上加強師資隊伍建設(shè)，調(diào)動高級與高學(xué)歷的教師從事實驗教學(xué)向，逐漸引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入從接受知識到主動運用知識的實踐實驗培養(yǎng)體系，最終將 虛擬仿真實驗?zāi)Ｊ绞怯嬎銠C仿真技術(shù)應(yīng)用于實驗教學(xué)而形成的一種現(xiàn)代實驗?zāi)＞哂型耆摂M的性質(zhì)，但卻能通過虛擬的操作，了解實驗的過程，獲得實驗的結(jié)果，還可以方便地分析實驗的結(jié)果，可以幫助學(xué)生更快速、更有效、更準(zhǔn)確地揭示自然界根據(jù)遼寧大學(xué)物理學(xué)院各專業(yè)特點和人才能力培養(yǎng)需求，構(gòu)建了完整的虛擬仿真實驗教學(xué)體系。與“遼寧省光電子功能器件與檢測技術(shù) “遼寧省半導(dǎo)體發(fā)與光催化材料 “沈陽市光電材料與技術(shù) ”和“激光應(yīng)用與光電技術(shù)實驗教學(xué)示范中心”的真實實驗教學(xué)資源虛實結(jié)合，相互補充，進(jìn)一步拓展了實驗教學(xué)資源，使實驗教學(xué)體系更加完善。虛擬仿真實驗教學(xué)資源豐富，涵蓋物理學(xué)、電子科學(xué)與技術(shù)、測控技術(shù)與儀器的各個領(lǐng)域，具有鮮明的物理專業(yè)特色。中心在發(fā)展過程中，實驗內(nèi)容注重傳統(tǒng)與現(xiàn)代的結(jié)合，與科研和社會應(yīng)用密切聯(lián)能力培養(yǎng)和自主訓(xùn)練。建立新型的適應(yīng)學(xué)生能力培養(yǎng)、鼓勵探索的多元實驗考核方法和實驗教學(xué)模式，推進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)。按照“從基礎(chǔ)原理、驗25％。研究創(chuàng)新型實驗和教師的研究環(huán)境包括計算機網(wǎng)絡(luò)平臺、開放平臺和硬件實驗平臺。安裝服務(wù)網(wǎng)絡(luò)版本，實現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的實驗環(huán)境，學(xué)生可以利用自己適合的時間在本地計算機上完成實驗過程，教師可實現(xiàn)教學(xué)與答疑。通過學(xué)校BB教學(xué)平臺上虛擬仿真物理實驗的動態(tài)網(wǎng)頁，實現(xiàn)多名異地學(xué)生同時實驗，其新穎的實驗方式也極易喚起學(xué)生的合作學(xué)習(xí)。對于需要依靠學(xué)科專業(yè)研究平臺的設(shè)計性和創(chuàng)新性實驗，采用預(yù)約開放的 培養(yǎng)過程，直至畢業(yè)實習(xí)與畢業(yè)設(shè)計()，有利于學(xué)生個性化的系統(tǒng)化培養(yǎng)。 應(yīng)綜合性、設(shè)計性和創(chuàng)新性虛擬仿真實驗的要求。即可以實現(xiàn)、方法、時間和空許學(xué)生探索和建構(gòu)虛擬環(huán)境，充分發(fā)揮學(xué)生的思維能力、創(chuàng)