探索虛擬仿真軟件在核環(huán)境監(jiān)測(cè)教學(xué)中的應(yīng)用

毛飛 王海 位楠楠

【摘要】傳統(tǒng)教學(xué)方式局限于環(huán)境、設(shè)備、時(shí)間等各種資源，越來(lái)越不能滿足現(xiàn)代教學(xué)的要求。虛擬仿真軟件在當(dāng)下高校本科教學(xué)中得到了廣泛運(yùn)用。其中，核環(huán)境監(jiān)測(cè)教學(xué)受益于虛擬仿真軟件的使用，極大地節(jié)約了教學(xué)資源和教學(xué)時(shí)間。本文通過(guò)核環(huán)境監(jiān)測(cè)教學(xué)中虛擬軟件的使用情況，針對(duì)虛擬仿真軟件教學(xué)的特點(diǎn)，提出優(yōu)化方案和指導(dǎo)教學(xué)的具體方法。

【關(guān)鍵詞】虛擬仿真;核工程類教學(xué);核環(huán)境監(jiān)測(cè)

【作者簡(jiǎn)介】毛飛，湖南岳陽(yáng)人，南華大學(xué)核科學(xué)技術(shù)學(xué)院，副教授，博士，研究方向：輻射防護(hù)與核安全方面的教學(xué)和科研;王海，位楠楠，南華大學(xué)核科學(xué)技術(shù)學(xué)院。

【基金項(xiàng)目】南華大學(xué)校級(jí)教學(xué)改革研究項(xiàng)目（2017XJG12）;南華大學(xué)學(xué)位與研究生教育教研教改項(xiàng)目（編號(hào)：2016JG014）。

根據(jù)教學(xué)的實(shí)際需求各種虛擬仿真軟件被開發(fā)及應(yīng)用，并且隨著應(yīng)用情況不斷被優(yōu)化，虛擬仿真軟件在核環(huán)境監(jiān)測(cè)教學(xué)中的使用也得到了發(fā)展。在生活環(huán)境的監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)中，限于濃度和本地的影響以及儀器的精度，不能準(zhǔn)確地測(cè)量放射性物質(zhì)的濃度。取樣范圍廣，實(shí)驗(yàn)操作要求高，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性很大程度上受研究人員的操作影響。傳統(tǒng)試驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展受到限制，虛擬仿真軟件具有多種功能，能夠模擬極端條件下的核環(huán)境，并對(duì)其進(jìn)行各種分析。

國(guó)內(nèi)外的虛擬仿真軟件大致可以分為兩類，一類是直接通過(guò)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)設(shè)備的虛擬教學(xué)，讓計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)代替部分實(shí)驗(yàn)實(shí)踐來(lái)克服實(shí)驗(yàn)條件的局限，如實(shí)驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)環(huán)境等。第二類是通過(guò)純軟件對(duì)整個(gè)試驗(yàn)進(jìn)行模擬，這種完全虛擬化的實(shí)驗(yàn)操作，跳過(guò)了真實(shí)試驗(yàn)，通過(guò)操作虛擬機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)多種情況下的試驗(yàn)和分析。本文將圍繞虛擬仿真軟件并結(jié)合試驗(yàn)以及實(shí)際的反饋，分析虛擬仿真軟件在核環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。筆者結(jié)合自身在核環(huán)境監(jiān)測(cè)教學(xué)中實(shí)施虛擬仿真教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，談幾點(diǎn)自己對(duì)虛擬仿真教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)識(shí)。

一、虛擬仿真軟件教學(xué)相比傳統(tǒng)試驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)

目前，虛擬仿真教學(xué)已經(jīng)是教育信息化建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容。實(shí)施虛擬仿真軟件教學(xué)可以提升教學(xué)效果，虛擬仿真軟件逼真和立體的表現(xiàn)形式，可以讓抽象的理論知識(shí)形象地表現(xiàn)出來(lái)，教師可結(jié)合實(shí)際的教學(xué)需求，最大限度地發(fā)揮虛擬資源的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)虛擬仿真教學(xué)還可以實(shí)施現(xiàn)實(shí)條件不可能完成的實(shí)驗(yàn)，如復(fù)雜和危險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)、反應(yīng)周期比較長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)，這些都是核環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)。在虛擬實(shí)驗(yàn)條件下，學(xué)生可以自主地設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)，調(diào)節(jié)各種試驗(yàn)環(huán)境，能夠激發(fā)學(xué)生的思考能力。虛擬仿真還可以增強(qiáng)課堂的趣味性，借助對(duì)多媒體和虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建了一種高度虛擬現(xiàn)實(shí)的教學(xué)環(huán)境，使學(xué)生體驗(yàn)置身其中的感覺，實(shí)現(xiàn)互動(dòng)教學(xué)，最大限度地激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)興趣以及探索問題奧秘的沖動(dòng)。

二、虛擬仿真軟件和核環(huán)境監(jiān)測(cè)課程的相結(jié)合

虛擬仿真軟件，在課程中的應(yīng)用可分為虛擬儀器和軟件仿真兩類。虛擬儀器，指軟件模擬儀器的操作界面，在虛擬的操作界面上進(jìn)行操作，學(xué)生能夠感受到真實(shí)試驗(yàn)的效果。這樣能夠避免由實(shí)驗(yàn)器材本身故障引起的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與試驗(yàn)操作的不一致性。同時(shí)試驗(yàn)器材是消耗品，由于不熟練或者不正確的試驗(yàn)操作會(huì)增加試驗(yàn)器材不必要的損耗。在核環(huán)境監(jiān)測(cè)試驗(yàn)中，對(duì)于生活環(huán)境中氡及氡子體的濃度或者對(duì)水體中的氚濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，由于采樣困難、樣品計(jì)數(shù)低以及本底數(shù)值不穩(wěn)定等因素，造成輻射儀器測(cè)量時(shí)的試驗(yàn)誤差較大，在實(shí)驗(yàn)中很難得到精確的測(cè)量結(jié)果，使用虛擬仿真軟件教學(xué)在既能達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的同時(shí)，又能非常好地消除這些問題。并且，可以避免學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作時(shí)將放射性物質(zhì)攝入人體內(nèi)，對(duì)身體造成不必要的輻射劑量。

三、虛擬仿真資源和試驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合

高校本科教學(xué)中的許多試驗(yàn)需要與軟件相結(jié)合，學(xué)校可以先從軟件市場(chǎng)引入軟件的試用版，根據(jù)學(xué)生對(duì)軟件的使用情況和反響，以及軟件的價(jià)格酌情考慮是否購(gòu)買該軟件的正式版。并且，應(yīng)該鼓勵(lì)和資助各專業(yè)任課教師和學(xué)生根據(jù)專業(yè)的實(shí)際情況以及專業(yè)需求開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的虛擬仿真軟件，這樣的軟件更加契合教師和學(xué)生的需求。

在核環(huán)境監(jiān)測(cè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，并不能完全離開試驗(yàn)而只進(jìn)行核環(huán)境監(jiān)測(cè)的虛擬仿真模擬練習(xí)，實(shí)驗(yàn)有其獨(dú)到并且不可替代的地位，并且在虛擬軟件的開發(fā)、維護(hù)及優(yōu)化的過(guò)程中需要大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

四、建立科學(xué)的虛擬仿真教學(xué)考核和評(píng)價(jià)體系

考核和評(píng)價(jià)體系對(duì)調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性有著不可替代的作用，科學(xué)的課程考核和評(píng)價(jià)體系能夠讓廣大學(xué)生更加認(rèn)真地進(jìn)行學(xué)習(xí)，并且在學(xué)習(xí)中促進(jìn)學(xué)生之間的交流，讓學(xué)生間的思想得到充足地碰撞。科學(xué)的課程考核和評(píng)價(jià)體系具有多種指標(biāo)，能夠從多個(gè)角度評(píng)價(jià)學(xué)生的課堂表現(xiàn)。并且，能夠讓學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行自覺地思考，主動(dòng)地通過(guò)虛擬仿真技術(shù)來(lái)驗(yàn)證自己的想法和觀點(diǎn)，主動(dòng)地通過(guò)虛擬仿真來(lái)探索試驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果，善于發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中所遇到的問題。通過(guò)虛擬仿真課堂教學(xué)和試驗(yàn)教學(xué)來(lái)使學(xué)生的潛力進(jìn)一步得到開發(fā)。

在核環(huán)境監(jiān)測(cè)教學(xué)中，引入虛擬仿真技術(shù)能夠解決很多地傳統(tǒng)教育模式所面臨的困難和問題，傳統(tǒng)教育模式已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展和新時(shí)期學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)的新需求。虛擬仿真技術(shù)就是在這種背景下提出來(lái)的探索改革高校教育模式的新方法，虛擬仿真技術(shù)的引入無(wú)疑會(huì)助力新工科改革的實(shí)施。

參考文獻(xiàn)：

[1]高麗琴，姬五勝，段揚(yáng).虛擬仿真軟件在電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2019，9（03）：115-116.