高校核專業虛擬仿真實驗教學建設探索——問題與對策

曾文杰+謝金森+程品晶+王振華+于濤

摘要：實驗教學是培養學生實踐創新能力的重要環節。虛擬仿真技術因其適用范圍廣、直觀性強，在核專業實驗教學中已得到認可。為確保建設工作順利進行，南華大學在總結核類實驗教學經驗的前提下，提出“鞏固基礎、加強實踐、開拓創新”的發展思路，通過積極建設實驗教學團隊，科學發展實驗教學課程，努力健全實驗教學管理體制，以實現虛擬仿真實驗教學水平的提高。

關鍵詞：實驗師資；課程體系；教學管理

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）25-0273-02

一、引言

實驗教學是提升學生實踐能力，培養應用型人才的重要途徑。隨著信息技術的發展，一方面，以實物為主的實驗教學模式已不能滿足時代發展對應用型人才的需求，需要與時俱進拓展實驗教學技術，充分發揮實驗教學對應用型人才培養的能力；另一方面，部分特殊專業如核工程與核技術，由于部分實驗課程涉及到高成本、高危險等因素。因此，選擇一種節約成本、安全便捷的實驗教學技術是非常必要的。近年來，虛擬仿真技術不僅大量用于科學研究，還廣泛應用于實驗教學。南華大學核能與核技術工程虛擬仿真實驗教學中心，結合核類專業特點，積極開展虛擬仿真技術在核專業實驗教學方面的建設。然而，在建設過程中，仍然存在著實驗教學師資力量弱、實驗課程體系不完善、實驗教學管理水平低等問題。針對上述問題，南華大學核能與核技術工程虛擬仿真實驗教學中心，提出“鞏固基礎、加強實踐、開拓創新”的發展思路，即依托現有核類虛擬仿真教學資源，堅持積極發展、科學建設的指導方針，積極建設實驗教學團隊，科學設置實驗課程，推動核類虛擬仿真實驗課程的開發。

二、虛擬仿真實驗教學建設中存在的問題

1.實驗教學師資建設方面。實驗教學師資是實驗教學順利開展的保障。然而，在部分高校中，由于受實驗教學地位、人才引進政策、師資建設資金等因素的制約，實驗教學師資建設無法得到有力的支持。究其原因，一方面是長期以來，受“重理論、輕實踐”觀念的影響，在高校中實驗人員認可度始終低于理論教師，導致多數應聘者或已在職的實驗人員不能安心從事實驗教學，實驗教學人員變換流動快，實驗師資隊伍不穩定；另一方面，近年來，大多數高校提升了招聘實驗室工作人員的條件，許多高校要求應聘實驗崗位者須具有博士學位。然而，由于實驗崗位社會認可度低、薪酬待遇缺乏吸引力，往往是崗位無人應聘，最終不了了之。再者，高校實驗教學師資建設得不到有力的政策支持。由于實驗教學人員始終處于教學輔助地位，實驗師資建設缺少資金和政策支持，導致實驗教學人員培訓、交流機會少，實驗教學水平難以得到提高。以南華大學核工程實驗教學中心為例，現有專職實驗人員8人，需分別管理并承擔核電子學、核輻射探測、輻射防護與劑量、核技術應用、核物理、核燃料化工、核反應堆工程等七個方向的實驗教學及管理工作，盡管有部分理論教師參與實驗教學，但始終無法解決實驗教學師資匱乏的問題，無法滿足“多層次、全天候”實驗教學的開放要求。

2.虛擬仿真實驗課程建設方面。實驗課程建設是實驗教學建設中的重要環節。目前，虛擬仿真實驗課程建設方面主要存在兩個問題：（1）虛擬仿真實驗課程種類少，無法滿足不同核專業人才的培養需求。在課程建設中，往往重視軟硬件的采購，很少投入資金進行實驗項目開發，僅僅開展軟硬件的學習應用，未能充分發揮虛擬仿真軟件對學生實踐創新能力培養的作用。（2）缺少虛擬仿真實驗課程方面的輔助講義和教材。盡管高校核專業虛擬仿真實驗教學已開展近20年，但由于高校在虛擬仿真實驗教學發展中，未能及時做好虛擬仿真實驗教學資料的收集整理工作，加上缺少實驗教材建設規劃以及必要的建設資金投入，造成至今國內核專業虛擬仿真實驗教學講義及教材缺乏，因此積極投入開發實驗教材已成為虛擬仿真實驗教學的重中之重。目前，南華大學設有核工程與核技術、輻射防護與安全、核物理、核燃料化工等核類專業，是全國核類專業最齊全的高校之一。然而，南華大學核能與核技術工程實驗教學中心僅針對核工程與核技術開設了核電廠運行仿真實驗課程及核專業課程設計等，對其他專業如核燃料化工、核物理、輻射防護等專業尚未開設虛擬仿真實驗課程，無法滿足高水平核類專業人才培養的要求。

3.虛擬仿真實驗教學管理方面。虛擬仿真實驗教學涉及到軟件、硬件等多個方面，管理較為復雜。一方面，虛擬仿真實驗教學建設需以網絡建設為依托，但當前多數專業實驗人員對網絡建設缺少認識，缺乏建設能力；另一方面，現有虛擬仿真教學硬件管理混亂，部分設備存在重復采購，且使用頻率低，無法發揮其價值；此外，在實驗教學建設中，由于實驗課程受學分限制，實驗課程往往比理論課時數少，無法保證有充足的時間來鍛煉學生實驗能力。以南華大學核反應堆熱工課程設計為例，目前該課程只能依托實驗室局域網開展，學生需要學習FORTRAN語言、數值計算方法及反應堆熱工設計等知識，僅36個課時，無法使學生在如此短的時間內掌握相關課程知識。

三、改進高校虛擬仿真實驗教學的對策

1.加強教學師資建設，提升教學隊伍水平。（1）提升實驗教學地位。建立實驗教學改革課題專項申報制度，正確引導實驗教學改革創新，提升實驗教學地位；明確實驗教學建設方案，適當提高實驗課程的學分比例，增加實驗課時數量，確保實驗教學擁有充分的實驗。（2）建立實驗教學團隊。健全實驗人員引進政策，積極從國內著名高校和科研院所引進高素質人才充實到實驗教師隊伍中，健全實驗人才隊伍；建立實驗室人才建設資金，建立健全虛擬仿真實驗教學團隊。利用學校人才培養與引進的相關政策積極支持實驗教師繼續學習和深造，提高學術和業務水平。

2.完善實驗課程體系，創新實驗教學內容。（1）加強實驗項目開發。軟件是實現虛擬仿真實驗教學必不可少的。多數虛擬仿真實驗教學通過采購教學軟件，開展實驗教學。然而，由于缺乏激勵機制，加之實驗人員少、任務重，開展的實驗項目通常是單一的或驗證性的，綜合性或設計性的實驗項目較少。因此，在現有實驗項目的基礎上，積極開發綜合性、設計性的實驗項目是十分必要的，應建立一套完整的實驗項目開發支持制度，通過改進實驗軟件教學條件，實現高水平實驗項目的儲備。（2）建設精品虛擬仿真實驗教材。通過在虛擬仿真實驗項目開發中不斷整理歸納虛擬仿真實驗教學資料，編寫虛擬仿真實驗教學教材，借助學校教材專項資金，出版實驗教材，力爭高效率、高質量的建設好實驗教材資源，精益求精。同時，依據學科發展及社會需求，與時俱進，及時更新實驗教材。

3.改進教學管理機制，優化教學資源配置。（1）完善虛擬仿真教學網絡。良好的網絡環境不僅可以實現高效率的教學管理，也為實現虛擬仿真教學資源的共享提供了方便。以現有局域網為基礎，擴展網絡范圍，實現全國范圍的實驗教學資源共享，使學習者可以不受時間空間的限制開展虛擬仿真實驗，以實現虛擬仿真實驗教學資源的充分利用。（2）優化實驗教學管理。優化實驗教學管理是充分發揮實驗教學設施，保障實驗教學良好運行的重要方式。應利用教學管理軟件，管理軟硬件教學資源。通過建立網絡教學平臺，完成師生互動、成績管理等教學環節，實現虛擬仿真資源的充分利用。完善實驗教學管理網站的功能，全面推行立體化的實驗教學管理模式。

四、結語

虛擬仿真實驗教學的存在不僅有效的彌補了傳統專業實驗教學的不足，還能有效的提高學生的學習興趣和實踐能力，符合社會發展對人才培養的需求。南華大學提出“鞏固基礎、加強實踐、開拓創新”的發展思路，通過建設實驗教學團隊，完善實驗課題體系，優化教學資源配置等方式，解決了虛擬仿真實驗教學建設過程中存在的基本問題，為實現虛擬仿真實驗教學的高水平發展奠定了基礎。

參考文獻：

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[3]王虎，陳建華.核工程與核技術專業虛擬實習教學方式研究[J].東北電力大學教學，2011，（31）：201-203.

The Construction of Nuclear Virtual Simulation Experiment Teaching in Universities—Problems and Countermeasures

ZENG Wen-Jie，XIE Jin-sen，CHENG Pin-jing，WANG Zhen-hua，YU Tao

（School of Nuclear Science and Technology，University of South China，Hengyang，Hunan 421001，China）

Abstract：Experimental teaching is an important part of cultivate students' practical innovation ability. The virtual simulation technology because of its wide application range，intuitive strong，has been recognized in the experimental nuclear teaching. In order to ensure the construction work carried out smoothly，University of South China on the basis of nuclear experimental teaching experience，put forward to "consolidate the foundation，strengthening practice，pioneering and innovative"，the active construction of experimental teaching team，the scientific development of experimental teaching，to improve the experimental teaching management system，to realize the virtual simulation experiment teaching level.

Key words：experimental teachers；course system；teaching management