基于虛擬仿真技術的核工程與核技術專業網絡實驗課程建設

曾文杰　謝芹　謝金森

摘要：虛擬仿真技術已廣泛應用于核工程與核技術專業的實驗教學。南華大學核能與核技術工程虛擬仿真實驗教學中心積極建立虛擬仿真實驗平臺，通過該平臺可以融合專業軟件，開展實驗課程建設，學生可通過外網直接訪問并開展實驗，提高了仿真資源的利用率，提升了中心的實驗教學能力。

關鍵詞：虛擬仿真技術；核工程與核技術；網絡實驗課程

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）34-0254-02

隨著多媒體技術、網絡信息技術、虛擬仿真技術的飛速發展，大學教育過程中不斷更新教育教學手段。大學受資金、場地等因素的影響，無法開展大規模裝置的實驗課程。因此，通過虛擬仿真技術可以實現在現實環境中難以實現的實驗項目。此外，結合網絡信息技術建立網絡虛擬仿真實驗平臺，擴展虛擬仿真資源的受益面。

南華大學核能與核技術工程虛擬仿真實驗教學中心一直致力于發展虛擬仿真技術和網絡信息技術在核工程與核技術、核安全工程等專業中的應用。通過多年的資源積累及課程建設，2014年南華大學核能與核技術工程虛擬仿真實驗教學中心成功申報并獲批為教育部國家級虛擬仿真實驗教學中心。以此為契機，學校進一步建設核能與核技術工程虛擬仿真實驗教學中心，建立了虛擬仿真平臺，擴展了虛擬仿真資源的利用效率，實現了教學資源校內網絡化訪問，為進一步開展對外訪問奠定了基礎[1，2]。

一、核能與核技術工程虛擬仿真平臺

核能與核技術工程虛擬仿真實驗教學平臺提供了全方位的虛擬實驗教學輔助功能。平臺包括：中心門戶網站、實驗教務管理、實驗教學管理、實驗前理論知識學習、實驗過程智能指導、實驗結果自動批改、實驗報告提交、實驗室開放預約管理、互動交流通知系統、系統管理等功能，同時平臺可擴展集成第三方的虛擬實驗課程資源或自建課程資源，為虛擬實驗教學環境提供服務并進行相應，如圖1所示。管理員具有設置教師帳號、導入學生信息等權限。教師可利用個人帳號查看學生選課，并進行師生交流互動。學生登錄平臺后查找到個人的必修實驗課，此外還可選修其他實驗課程。

二、基于虛擬仿真技術的網絡實驗課程建設

以《壓水堆核電廠事故分析實驗》課程為例，該課程從專業與年級、基本知識和能力要求兩個方面對學生提出了要求。在專業與年級方面，該虛擬仿真平臺主要適用于核類﹑熱能動力類﹑電氣類等專業的大三、大四本科生。此外，也可用于核能科學與工程、核安全工程、核能與核技術工程等研究生基礎實踐教學。在基本知識和能力方面，要求學生具備《核電廠系統與設備》《核電廠運行》《核反應堆安全分析》等課程基本知識，同時具有一定的計算機操作能力。

1.實驗實施過程。通過利用虛擬仿真技術，結合網絡信息技術，開展實驗課程建設。實驗課程的教學流程如圖2所示。首先學生可通過個人帳號登錄核能與核技術工程虛擬仿真實驗教學中心。登錄后，可開始選擇課程，選擇《壓水堆核電廠事故分析實驗》課程。該課程內包含了多個實驗項目，然后在《壓水堆核電廠事故分析實驗》課程內選擇即將開展的實驗項目，如AP1000核電廠蒸汽發生器傳熱管破裂事故分析實驗，在實驗項目界面可獲取實驗項目指導書，閱讀實驗目的﹑實驗要求及實驗內容等，然后學生可在界面中根據實驗內容及實驗注意事項開展實驗，并及時根據實驗報告格式網上填寫并提交實驗報告。為確保實驗教學質量，教師可通過教師帳號查看學生的實驗完成情況，閱讀實驗報告并評分。

2.AP1000核電廠蒸汽發生器傳熱管破裂事故分析實驗。依據實驗項目指導書及Pctran仿真軟件說明書開展實驗。學生可在任意區域通過外部網絡開展實驗操作。操作過程中，Pctran軟件具有隨時暫停的功能。此外，還可對運行過程中任意時刻的數據進行存儲。考慮到平臺服務器空間有限，學生可將數據直接存儲至本地電腦，方便查看。待實驗操作完成后，需在個人頁面內按格式要求完成實驗報告。

三、平臺建設的后續規劃

平臺的后續建設主要圍繞以下三個方面開展：

1.完善實驗課程類別，豐富實驗教學項目。拓展虛擬仿真實驗教學類別，豐富實驗教學項目，提升綜合性、創新性實驗項目的比重，提高實驗教學能力。推進第四代核能系統虛擬仿真實驗教學項目的開發建設，提升學生對新型反應堆的認識，滿足四代核電的教學需求。

2.增強開放式虛擬仿真平臺對資源的共享能力。進一步完善虛擬仿真實驗教學平臺，增強開放式虛擬仿真管理平臺對優質資源的共享能力，滿足更大的用戶并發訪問。

3.增加AP1000主回路系統與設備虛擬裝配與維修、核電廠虛擬漫游等教學環節，讓學生更加直觀地掌握AP1000核電廠布置、關鍵設備結構與運行原理。開發應用于核電廠維護、退役等領域的虛擬裝備，讓學生在掌握核電廠運行的基礎上，進一步拓展創新性使用新技術用于核電運維、退役的交互式場景的開發，服務行業發展需要。

四、結束語

基于核能與核技術工程虛擬仿真平臺的網絡實驗課程體系正在建設中。目前，主要開展了《壓水堆核電廠事故分析實驗》課程的建設，學生可通過網絡登錄虛擬仿真平臺，查看實驗課程資料并開展實驗。利用實驗平臺極大地發揮了學生的主觀能動性，不僅加深學生對相關理論知識的思考，還有力地提高了學生邏輯思維能力和分析解決實際的能力。

參考文獻：

[1]鄒家柱，程品晶.高校虛擬仿真實驗室建設總結[J].中國電力教育，2014，（18）：80-81.

[2]李宗泰.基于信息技術網絡的高校研究型教學模式探討[J].北京農學院學報，2008，（23）：78-80.