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日月神韵木虫 (正式写手)
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虚拟实验教学环境关键技术研究与应用示范
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“十一五”国家科技支撑计划重点项目 《虚拟实验教学环境关键技术研究与应用示范》 课题申报指南 国家教育部 二○○八年十月 第一章 申请须知 一、 项目总体目标 本项目以《2020年中国教育发展纲要》和《国家教育事业发展“十一五”规划纲要》为指导，以构建现代教育创新体系、培养创新性人才为牵引，融合现代教育理念，通过制定虚拟实验相关的标准和规范，突破虚拟实验教学环境建设中的共性关键技术，研发具有自主知识产权、集实物仿真、创新设计、智能指导和教学管理于一体，具有良好自主性、交互性、可扩展性和安全性的虚拟实验教学平台，通过若干学科的虚拟实验教学资源建设和应用示范，实现在虚拟实验的原始创新上有突破、关键技术上有创新，使我国在该领域的研究成果进入国际领先行列，并形成在虚拟实验教学领域可持续发展的现代服务业支撑体系，解决我国教育面临的规模与质量之间的矛盾，克服实验资源不均衡、创新能力不足等问题，有效地提高人才培养的质量，建立一支学术水平高、创新能力强的研究人才队伍，为我国在相关领域的发展提供核心技术的支持。 二、 项目研究内容 根据我国国民教育的发展现状和未来十五年的发展需求，以教育信息化带动教育现代化已经成为教育改革的重要内容，同时如何推进实验内容和实验模式的改革和创新，提高学生的实践动手能力、分析问题和解决问题能力已经成为提高教育质量的关键。因此，本项目以解决我国传统实验教学环节的不足、提高学生的创新能力培养为目的，针对我国虚拟实验教学环境建设亟待解决的问题，拟设置以下六个课题： （1）虚拟实验开发、评价与管理规范的研究与测试 （2）虚拟实验教学可视化设计关键技术研究 （3）虚拟实验教学资源构件的多领域建模与装配平台研究 （4）虚拟实验智能指导与管理系统的研发 （5）开放式虚拟实验教学平台的设计与开发 （6）虚拟实验示范工程（包括计算机、电工电子、机械工程、控制工程、中学科学课程（物理、化学、生物）五个学科的虚拟实验示范工程） 设置上述六个课题的研究内容及关系如下： 课题一通过制定虚拟实验构件，平台流程、评价、测试、管理等标准和规范，为建立统一的虚拟实验教学环境提供依据和保障。 课题二为虚拟实验的开发提供工具和中间件，重点解决虚拟实验的可视化设计问题。为课题六提供具体虚拟实验课程的开发环境和工具。同时将生成的结果交予课题三实现实验过程的仿真求解，并将课题三的仿真结果按虚拟实验要求实现可视化输出。 课题三根据课题二、课题六的具体要求，以虚拟实验教学的特性，特别是虚拟实验的实时性和交互性为出发点，实现所需的仿真求解引擎、提供实验所需的数据的输入输出。 课题四提供虚拟实验的评价、测试、指导和管理功能，并根据课题六提供的具体实验帮助信息，将其与课题二结合，并最终融合到课题五提供的支撑平台中。 课题五按照统一的标准和规范，集成课题二、课题三和课题四的研究成果，采用面向服务的软件架构开发具有自主知识产权、集实物仿真、创新设计、智能指导和管理于一体，具有良好自主性、交互性和可扩展性的虚拟实验教学平台，为各课题开发的功能模块提供互联的标准接口，管理底层的构件库，并为上层的调用提供标准化的调用接口，为用户提供统一的访问接入服务和通用的用户服务工具包。 课题六基于课题五开发的支撑平台，根据课题一制定的标准和规范，采用课题二提供的工具，开发完成5个学科20余门课程的虚拟实验。课题六以第三方服务的模式对本项目的研究成果进行运营和服务，一方面可以验证其它各课题的研究成果，促进整个虚拟实验环境的不断完善，另一方面可以为我国的高等教育提供丰富的虚拟实验资源，为广大学习者提供优质的虚拟实验服务，不仅能够产生很好的经济和社会效益，而且可以探索形成可持续发展的虚拟实验运营机制。 三、 实施期限 本项目总体实施年限为2008-2010年。 四、 项目经费 本项目经费总额为8299.3万元。其中拟安排国家科技支撑计划经费1799.3万元，项目单位自筹6500.0万元。 五、 申请管理 1．本项目由教育部具体组织实施。 2．根据《国家科技支撑计划管理暂行办法》、《国家科技支撑计划专项经费管理办法》的规定，遵循“公开申报、专家评审、择优委托”的原则，选择承担单位。 3．申请内容应在指南所设课题范围之内，并以课题为单位申请，未在本指南列出的内容不予受理。 六、 申报的基本条件和要求 （一）申报单位的条件和要求 1、凡在中华人民共和国境内注册，具有较强科研能力和条件、运行管理规范、具有独立法人资格的内资或内资控股企业、事业单位、科研院所、高等院校等，均可单独或联合申报，不接受个人申请。 2、课题申报必须以某一课题整体研究内容为申请单元。联合申请各方须签订共同申请协议，明确规定各自所承担的工作和责任。申报单位必须提供课题实施的管理模式，并出具保证课题实施完成的承诺函，进行申报。 3、按《国家科技支撑计划专项经费管理办法》的有关规定，申报单位经费须专款专用，设立单独账簿，独立核算，并保证配套资金及时到位，保障课题研究工作的顺利实施。 4、课题承担单位要具有从事相应科研课题的研究基础，具备高水平的科研队伍、较全的研究设施、良好的研究业绩、企业应具有较强的示范推广能力等必要的实施条件。鼓励科研单位、高等院校和企业以“产学研联盟”的方式联合申报课题，实现责任和风险共担、知识产权和利益共享。每个课题的联合申请方原则上不超过6个法人单位。 5、成果查新证明须由有资质的国家或部省级查新单位出具。 (二) 申请负责人的条件和要求 1、课题负责人须具有副高级以上职称，并有固定单位（不包括在站博士后），无不良科研行为，年龄原则上不超过60周岁（截止到2008年10月31日），从事相关研究或技术开发五年以上。课题负责人用于本课题研究时间不少于本人工作时间的60%，在国内工作时间不少于9个月。 2、申请人不得参与两项以上本项目课题的申报，且只能主持申报一项本项目课题。课题申报单位（包括联合申报中的任意一方）和主要申报人，对同一个课题不得进行重复或交叉申报。课题负责人同期只能主持一项国家主要科技计划（包括863计划、973计划、支撑计划等）课题，作为主要参加人员同期参与承担的国家主要科技计划课题数（含负责主持的课题数）不得超过两项。 3、中央和地方各级政府公务员不得主持本项目课题申报。事业单位（含研究机构）的专职管理人员参与课题研究时间低于工作时间60%的均不得主持本项目课题申报。 经形式审查，申请单位或申请负责人不符合上述规定的申请书视为无效申请，不参与专家评审。 七、 申报文件的编制与递交 1、文件一律用A4纸，仿宋体四号字打印并装订成册，同时附上电子版，要求语言精炼，数据真实、可靠。超出课题申报指南范围的课题申报将不予受理。 2、文件构成包括申请函、申请人资格审查文件、课题申报书、相关附件（申请单位承诺函、联合申请合作协议、申请单位营业执照或法人代码证复印件、申请单位资格申明函、申请单位资信证明、配套经费承诺函、近两年度资产负债表、损益表及现金流量表等）、课题预算申报书。 3、《关于2006年国家科技计划项目（课题）预算管理有关事项的通知》（国科财函[2006]12号）的要求，填写课题预算申报书，同时实行网上申报，各有关单位统一通过科技部门户网站的预算管理系统进行相关内容的申报，网址：http://finance.most.gov.cn,书面报送的材料应当由申报系统软件打印，书面申报材料与网上申报材料不一致的课题不予受理。课题预算书须单独装订，与相关申报材料一并提交。 4、申报书有关资料应有法定代表人（或委托授权人）签字并加盖公章。 5、申请文件一式15份，正本1份，副本14份，光盘二份，在每份申请书上要注明正本和副本。一旦正本和副本不符，则以正本为准。 6、申报工作自本指南公布之日起开始，申报单位必须根据《课题申请指南》要求参与申报活动。《申请指南》从科技部网站（http://www.most.gov.cn）和教育部网站（http://www.moe.edu.cn）上直接下载。 7、请各申报单位将申报文件随上级主管单位出具的公函一并报送教育部科技司信息化处；以签收时间为准，过时不再受理。受理单位对申报文件在邮寄过程中出现的遗失、延误或损坏不承担责任。 寄达申请文件的截止日期：2008年11月8日下午17：00时整 寄送地址：国家教育部科技司信息化处（北京西单大木仓胡同37号，邮编100816） 联 系 人：教育部科技司信息化处 冯吉兵 张永强 联系电话：010-66096914 电子邮件：feng@moe.edu.cn zhangyq@moe.edu.cn 八、课题评审 经形式审查，不符合上述规定的申请书视为无效申请，不参与专家评审。遵循“公开、公正、公平”的原则，我们将组织专家对申请课题进行评审，择优确定课题承担单位。 九、课题管理 1、国家教育部负责该项目的组织实施。 2、按照《国家科技支撑计划管理暂行办法》，经专家评审、择优选定课题承担单位，签订“十一五”国家科技支撑计划课题任务书，国拨经费将根据每个课题进展情况按年度分批拨付到承担单位。 3、课题执行期间，项目组织部门将组织专家对课题进展情况进行阶段性考核，对未按合同执行，达不到阶段考核目标，配套和自筹资金不到位的课题，项目组织部门有权终止合同。 4、课题完成后，由项目组织部门对课题进行评估和验收。 第二章 申报课题目标与内容 课题1：虚拟实验开发、评价及管理规范的研究与测试 1．研究目标与内容 研究目标： 研究制定虚拟实验开发标准，制定虚拟实验的评价、指导、管理和基础软件跨平台规范。 研究内容： 针对我国虚拟实验教学的发展现状，研究制定基于统一支撑平台的虚拟实验开发标准，制定虚拟实验的评价、指导、管理和基础软件跨平台规范，实现平台和资源的高度共享及可扩展，通过多种标准与规范的有机结合，解决分布式的实验教学与现有的教学系统协同工作的问题。利用研制的标准和规范，使不同单位开发的虚拟实验模块和实验构件可以协同工作，从而提高其共享性和复用性。 2. 考核指标 （1）提交相关行业规范或国内、国际标准草案，并将标准/规范应用于虚拟实验公共服务平台的建设和运行过程，使虚拟实验开发、评价及管理规范形成体系并投入实际应用。 （2）开发相应的标准/规范的应用工具软件和验证测试软件，实现相关资源和系统标准化的可检测性，降低标准/规范的应用门槛，使标准/规范易于使用、便于验证。 （3）为了保证各课题的研究成果能够按照统一的标准和规范，本课题的研究成果的提交时间要至少提前其它课题8-10个月。 （4）提交行业规范或国内标准草案4项，形成国际标准草案1项；申请专利1项、软件著作权1项；开发接口标准测试软件1套，开发构件描述工具软件1套；在国际会议和期刊上发表高水平论文5篇。 3．经费投入 本课题拟安排国拨专项经费81.5万元，要求课题承担单位自筹配套经费240万元。 4．本课题承担单位申报条件及特殊要求 具有良好的研究开发力量和实施环境，在数字教育软件系统、教育信息化技术标准、虚拟实验教学实践等领域具有良好的工作基础和相应的技术积累，并承担过相关的国家级科研课题，有教育信息化技术领域行业、国家、国际标准的研制经历。 课题2：虚拟实验教学可视化设计关键技术研究 1．研究目标与内容 研究目标： 根据虚拟实验教学环境及其典型示范的需求和特点，研究虚拟实验教学可视化设计的共性关键技术，研制虚拟实验教学可视化设计的支撑软件工具，为建立虚拟实验教学环境及其典型示范提供技术支撑和服务。 研究内容： 针对虚拟实验教学可视化设计的共性关键问题，研究几何虚拟实验元件建模、图像虚拟实验元件建模、虚拟实验元件约束模型、虚拟实验实体构建及其可视化、虚拟实验协作感知模型、虚拟实验对象指称与交互模型、虚拟实验教学场景构建及其可视化等共性关键技术，研制虚拟实验教学可视化设计的实用化软件工具和集成环境。 2. 考核指标 （1）支持虚拟实验元件的基本元素描述；设计几何虚拟实验元件快速建模方法；开发图像虚拟实验元件逼真建模方法；支持多源虚拟实验元件的有机融合；支持虚拟实验元件的约束表达和快速识别；给出虚拟实验实体构建的抽象化描述；能够确定虚拟实验对象的感知强度、感知空间和协作信息；能够有效地消除虚拟实验教学的目标指称模糊性。 （2）提交5种软件工具：几何虚拟实验元件建模工具、图像虚拟实验元件建模工具、虚拟实验实体可视化工具、虚拟实验协作感知模型工具、虚拟实验教学可视化设计集成环境，满足课题六所有示范学科的使用要求。 （3）与课题三的提供的工具建立友好的输入输出接口，实现虚拟实验的实时动态可视化显示，为课题三提供采用多领域统一建模规范描述的虚拟实验模型。 （4）研究成果符合课题一制定的规范或标准。 （5）申请专利5项、软件著作权3项；在国内外学术会议或期刊上发表高水平论文10篇。 3. 经费投入 本课题拟安排国拨专项经费126.6万元，要求课题自筹配套经费400万元。 课题3：虚拟实验教学资源构件的多领域建模与装配平台研究 1．研究目标与内容 研究目标： 通过对多学科虚拟实验构件的统一建模、连接与装配技术的研究，解决虚拟实验多领域建模的关键技术问题；通过对虚拟实验模型的分析映射与归约求解技术的研究，突破虚拟实验模型运行求解的关键技术；通过对多领域统一建模求解技术的研究，实现虚拟实验教学模型对建模求解高度实时性和交互性的要求；开发虚拟实验教学资源构件的多领域建模与装配平台。 研究内容： （1）虚拟实验构件的多领域建模技术，包括虚拟构件各种物理特性的一致表述机制、数理逻辑的统一表达机制，以及层次结构关系的表达方法等。 （2）虚拟实验构件的连接组装技术，包括虚拟实验构件接口的表达方法、连接的表达机制，以及虚拟实验构件的组装技术等。 （3）虚拟实验模型的分析映射技术，包括模型的快速编译技术、层次结构模型向平坦数学模型的映射技术等。 （4）虚拟实验模型的归约求解技术，包括模型的规划分解、面向序列化求解的模型归约、离散事件处理与事件迭代，以及连续离散混合模型的求解技术等。 （5）虚拟实验教学模型求解过程的高度实时性和交互性研究，满足虚拟实验模型的动态实时过程模拟要求。 （6）开发虚拟实验教学资源构件的多领域建模与装配平台，提供虚拟实验运行所需的模型分析与求解引擎。 2. 考核指标 （1） 建立具有完全自主知识产权的虚拟实验建模与装配平台； （2）支持多学科（不少与课题六的五个学科）虚拟实验构件功能模型的统一建模； （3）支持连续建模、离散建模与连续离散混合建模； （4）支持虚拟实验构件的灵活连接与组装，连接要求支持非因果与因果两种实现方式； （5） 支持虚拟实验模型的仿真求解，支持仿真结果数据的格式化输出； （6）满足课题六的五个学科的虚拟实验运行求解的实时性、交互性需要，给用户良好的实验过程体验； （7）实现与课题二提供的各类工具的友好的输入输出接口，并满足课题二虚拟实验实时可视化显示的相关要求； （8）研究成果符合课题一制定的规范或标准。 （9）申请专利5项、软件著作权3项；在国内外学术会议或期刊上发表高水平论文10篇。 3．经费投入 本课题拟安排国拨专项经费159.6万元，要求课题自筹配套资金400万元。 课题4：虚拟实验智能指导与管理系统的研发 1．研究目标与内容 研究目标： 针对虚拟实验教学和管理需求，研究虚拟实验过程的智能指导和实验结果自动批改关键技术，开发跨平台的虚拟实验智能指导与管理系统，提供全方位的虚拟实验教学辅助功能，为虚拟实验教学环境提供服务并开展应用。 研究内容： 研究虚拟实验过程的智能指导和实验结果自动批改关键技术；开发虚拟实验智能指导与管理系统，包括实验知识辅助学习、实验智能指导、实验结果自动批改、实验答疑、实验教学效果评估功能。 2.考核指标 （1） 虚拟实验智能指导与管理系统支持多领域和多学科； （2）实验知识辅助学习子系统支持多媒体，包括音频、视频、动画，支持8种以上客观题型； （3）实验智能指导子系统向支撑平台反馈指导信息的时间小于3秒，实验结果自动批改子系统向支撑平台反馈批改结果的时间小于3秒； （4）系统支持跨平台，服务器端支持Linux、Windows等多种操作系统，支持多种数据库，客户端支持IE、Firefox等多种浏览器； （5）系统符合CETLS、QTI和课题一制定的规范或标准。 （6）申请专利3项、软件著作权2项；在国内外学术会议或期刊上发表论文10篇。 3．经费投入 本课题拟安排国拨专项经费129.0万，要求课题自筹配套经费400万。 4. 申请条件 具有从事虚拟实验和网络教育相关技术研究的经验，具备较好的技术积累，有成功的应用案例和丰富的实施经验；具备足够的研究开发力量，有良好的研究开发环境和大规模的实验环境。 |
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