素質(zhì)拓展課程的虛擬仿真實驗教學(xué)改革與實踐

杜曉超　袁顯寶　張永紅　張彬航　毛璋亮

摘 要 針對傳統(tǒng)實驗教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式的不足，在素質(zhì)拓展課程中開展虛擬仿真實驗教學(xué)改革。實踐證明，線上線下相結(jié)合的虛擬仿真技術(shù)實驗形式自由多變，對提升學(xué)生參與度和改善教學(xué)效果作用顯著。

關(guān)鍵詞 素質(zhì)拓展課程 核工程 虛擬仿真實驗

中圖分類號：G642文獻標識碼：A

實驗教學(xué)是工科專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力的重要途徑，“新工科”背景下開展傳統(tǒng)實驗課程教學(xué)模式改革，可有效提升學(xué)生對實驗實踐環(huán)節(jié)的重視程度，同時培養(yǎng)適應(yīng)社會快速變革的高素質(zhì)人才。三峽大學(xué)開設(shè)面向全校所有專業(yè)開放的素質(zhì)拓展課程《核科學(xué)技術(shù)及應(yīng)用》，并增加素質(zhì)拓展課程中的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，在傳統(tǒng)實驗教學(xué)的基礎(chǔ)上，開展虛擬仿真實驗教學(xué)改革，旨在培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和處理復(fù)雜問題的能力，更好地為辦好國家級一流本科專業(yè)服務(wù)。

1實踐教學(xué)改革目的

統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，全國高校在校學(xué)生約有35%為工科學(xué)生，實驗實踐教學(xué)承擔著培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新能力和跨專業(yè)整合能力的教育功能。傳統(tǒng)實驗教學(xué)內(nèi)容相對單調(diào)，實驗設(shè)備種類單一且技術(shù)落后，開展虛擬仿真實驗教學(xué)改革的研究，增加開放性的實驗內(nèi)容，可有效增加學(xué)生實驗參與程度和動手實踐經(jīng)驗。

《核科學(xué)技術(shù)及應(yīng)用》課程包括核醫(yī)學(xué)、核儀器儀表、核農(nóng)學(xué)及放射性同位素技術(shù)等內(nèi)容，在實驗室條件下實現(xiàn)相關(guān)設(shè)備儀表的操控、工作原理的驗證、實踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練以及工業(yè)生產(chǎn)過程觀摩等的實驗內(nèi)容，難度很大。借助虛擬仿真技術(shù)手段可以將不同專業(yè)領(lǐng)域的理論和實驗直觀、立體的展現(xiàn)在學(xué)生面前，結(jié)合實物模型或圖片、視頻資料等，易于理解和接受。依托核工程專業(yè)虛擬仿真實驗室開展，包括理論教學(xué)和實踐教學(xué)兩部分。實驗教學(xué)部分開設(shè)的實驗內(nèi)容有：設(shè)備模型室參觀、反應(yīng)堆控制演示模型、燃料循環(huán)模型等。

2實驗教學(xué)設(shè)計

2.1實驗項目的分級設(shè)計

從靈活度、開放性、多樣化的特點入手，改變原有實驗內(nèi)容和教學(xué)形式，將實驗教學(xué)實行分級進行其中包括體驗型性實驗、設(shè)計性實驗和3D建模實驗等三級內(nèi)容。

（1）體驗型實驗：包括核設(shè)備虛擬仿真操作、核電廠虛擬漫游、核燃料虛擬換料等內(nèi)容，借助虛擬仿真技術(shù)手段，使學(xué)生提升體驗增加實踐經(jīng)驗。

（2）設(shè)計性實驗：包括核產(chǎn)品概念設(shè)計、核技術(shù)應(yīng)用工作原理、模型設(shè)計等，充分考慮不同專業(yè)的學(xué)科特點，盡可能讓各專業(yè)學(xué)生都能發(fā)揮其在不同領(lǐng)域的特長，同時啟發(fā)思維，培養(yǎng)科學(xué)創(chuàng)新能力。

（3）3D模型實驗：圍繞相關(guān)涉核設(shè)備的制圖和3D打印等任務(wù)設(shè)置開放性實驗內(nèi)容，訓(xùn)練學(xué)生的涉核設(shè)備和應(yīng)用技術(shù)的文獻調(diào)研和數(shù)據(jù)處理能力，以及工程制圖能力等。

2.2線上線下相結(jié)合教學(xué)模式設(shè)計

《核科學(xué)技術(shù)及應(yīng)用》虛擬仿真實驗教學(xué)項目是在國家虛擬仿真實驗教學(xué)項目共享服務(wù)平臺——實驗空間（網(wǎng)址：http：//www.ilab-x.com/）平臺上進行，面向高校和社會免費開放并提供教學(xué)服務(wù)，同時由教育部組織相關(guān)部門進行持續(xù)監(jiān)管。線上實驗項目分為實驗學(xué)習(xí)和實驗考核兩個欄目，不同設(shè)備的實驗項目彼此獨立。靈活采用“線上線下”相結(jié)合的教學(xué)模式，不僅為“新工科”背景下核工程類、能源動力類、機械工程類等專業(yè)的人才培養(yǎng)服務(wù)，也為廣大的高年級工科學(xué)生提供創(chuàng)新性實驗平臺和學(xué)科競賽平臺，使學(xué)生接受更加全面、深入的工程素質(zhì)教育，增強創(chuàng)新能力。

3實驗教學(xué)實踐

《核技術(shù)及應(yīng)用》課程的教學(xué)對象涵蓋了全校所有專業(yè)，近三年參與本課程學(xué)習(xí)的學(xué)生數(shù)近500人，包括理工類、醫(yī)學(xué)類、文科類和藝體類等多專業(yè)領(lǐng)域的學(xué)生。開展虛擬仿真實驗教學(xué)改革，學(xué)生的參與度獲得提高，特別是跨專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣增加。針對跨專業(yè)學(xué)生開設(shè)創(chuàng)新型實驗，目的是考察學(xué)生的工程實踐創(chuàng)新意識，所以實驗考核應(yīng)以過程考核為主，結(jié)果考核為次。例如，《核技術(shù)及應(yīng)用》創(chuàng)新實驗?zāi)康闹荚谝胄迈r理念，用非專業(yè)的思維方式探索核領(lǐng)域，從技術(shù)思路、原理、方式等環(huán)節(jié)不成熟或帶有不確定性，但實驗創(chuàng)意、特色、交流與討論等方面表現(xiàn)可能很突出，所以對素質(zhì)拓展課程創(chuàng)新實驗的考核方法不能以實驗結(jié)果作為主要考核依據(jù)，需要注重實驗過程的考核。

線上實驗課程的開展是以核電站系統(tǒng)與設(shè)備虛擬仿真實驗平臺為基礎(chǔ)，以教學(xué)班級為單位，參與線上虛擬仿真實驗項目的在線學(xué)習(xí)和在線操作考核，并獲得實驗成績。特別是今年春節(jié)新冠疫情爆發(fā)后，防控期間廣大師生返校受阻，各專業(yè)教學(xué)啟動線上課程的教學(xué)模式，核電站虛擬仿真實驗項目的線上實驗課程極大地助力了教育部“停課不停學(xué)”教學(xué)計劃。

4總結(jié)

隨著90后、00后逐漸成為大學(xué)生群體的主力軍，具有強烈個人意識色彩的他們不再滿足于單一教育教學(xué)方法，而更渴望個性化的培養(yǎng)模式。虛擬仿真實驗教學(xué)為個性化的大學(xué)生培養(yǎng)模式提供可能。通過《核技術(shù)及應(yīng)用》虛擬仿真實驗使學(xué)生了解和接觸相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計、制造及生產(chǎn)管理過程，獲得對工業(yè)生產(chǎn)過程的感性認識和實際體驗;通過參與創(chuàng)新型實驗，鍛煉學(xué)生創(chuàng)新思維能力，綜合運用所學(xué)基礎(chǔ)知識和基本技能分析問題和解決問題。實踐證明，立足課堂扎實有效的開展虛擬仿真課程的創(chuàng)新，具有良好的教學(xué)效果。

基金項目：項目資助：2018年三峽大學(xué)教研項目“基于《核科學(xué)技術(shù)及應(yīng)用》課程的混合式幕課建設(shè)與實踐研究”（J2018008） ;2019年三峽大學(xué)“課程思政”專題項目“《核科學(xué)技術(shù)及應(yīng)用》課程思政”（J2019008）。