探索虛擬仿真軟件在核環境監測教學中的應用

毛飛 王海 位楠楠

【摘要】傳統教學方式局限于環境、設備、時間等各種資源，越來越不能滿足現代教學的要求。虛擬仿真軟件在當下高校本科教學中得到了廣泛運用。其中，核環境監測教學受益于虛擬仿真軟件的使用，極大地節約了教學資源和教學時間。本文通過核環境監測教學中虛擬軟件的使用情況，針對虛擬仿真軟件教學的特點，提出優化方案和指導教學的具體方法。

【關鍵詞】虛擬仿真;核工程類教學;核環境監測

【作者簡介】毛飛，湖南岳陽人，南華大學核科學技術學院，副教授，博士，研究方向：輻射防護與核安全方面的教學和科研;王海，位楠楠，南華大學核科學技術學院。

【基金項目】南華大學校級教學改革研究項目（2017XJG12）;南華大學學位與研究生教育教研教改項目（編號：2016JG014）。

根據教學的實際需求各種虛擬仿真軟件被開發及應用，并且隨著應用情況不斷被優化，虛擬仿真軟件在核環境監測教學中的使用也得到了發展。在生活環境的監測實驗中，限于濃度和本地的影響以及儀器的精度，不能準確地測量放射性物質的濃度。取樣范圍廣，實驗操作要求高，實驗結果的準確性很大程度上受研究人員的操作影響。傳統試驗教學的發展受到限制，虛擬仿真軟件具有多種功能，能夠模擬極端條件下的核環境，并對其進行各種分析。

國內外的虛擬仿真軟件大致可以分為兩類，一類是直接通過遠程實驗設備的虛擬教學，讓計算機網絡代替部分實驗實踐來克服實驗條件的局限，如實驗設備和試驗環境等。第二類是通過純軟件對整個試驗進行模擬，這種完全虛擬化的實驗操作，跳過了真實試驗，通過操作虛擬機來實現多種情況下的試驗和分析。本文將圍繞虛擬仿真軟件并結合試驗以及實際的反饋，分析虛擬仿真軟件在核環境監測中的應用。筆者結合自身在核環境監測教學中實施虛擬仿真教學的經驗，談幾點自己對虛擬仿真教學的經驗和認識。

一、虛擬仿真軟件教學相比傳統試驗的優勢

目前，虛擬仿真教學已經是教育信息化建設和實驗教學示范中心建設的重要內容。實施虛擬仿真軟件教學可以提升教學效果，虛擬仿真軟件逼真和立體的表現形式，可以讓抽象的理論知識形象地表現出來，教師可結合實際的教學需求，最大限度地發揮虛擬資源的優勢。通過虛擬仿真教學還可以實施現實條件不可能完成的實驗，如復雜和危險實驗、反應周期比較長的實驗，這些都是核環境監測實驗的特點。在虛擬實驗條件下，學生可以自主地設置實驗參數，調節各種試驗環境，能夠激發學生的思考能力。虛擬仿真還可以增強課堂的趣味性，借助對多媒體和虛擬仿真技術構建了一種高度虛擬現實的教學環境，使學生體驗置身其中的感覺，實現互動教學，最大限度地激發學生的自主學習興趣以及探索問題奧秘的沖動。

二、虛擬仿真軟件和核環境監測課程的相結合

虛擬仿真軟件，在課程中的應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行操作，學生能夠感受到真實試驗的效果。這樣能夠避免由實驗器材本身故障引起的實驗結果與試驗操作的不一致性。同時試驗器材是消耗品，由于不熟練或者不正確的試驗操作會增加試驗器材不必要的損耗。在核環境監測試驗中，對于生活環境中氡及氡子體的濃度或者對水體中的氚濃度進行監測時，由于采樣困難、樣品計數低以及本底數值不穩定等因素，造成輻射儀器測量時的試驗誤差較大，在實驗中很難得到精確的測量結果，使用虛擬仿真軟件教學在既能達到教學目標的同時，又能非常好地消除這些問題。并且，可以避免學生在實驗操作時將放射性物質攝入人體內，對身體造成不必要的輻射劑量。

三、虛擬仿真資源和試驗教學相結合

高校本科教學中的許多試驗需要與軟件相結合，學校可以先從軟件市場引入軟件的試用版，根據學生對軟件的使用情況和反響，以及軟件的價格酌情考慮是否購買該軟件的正式版。并且，應該鼓勵和資助各專業任課教師和學生根據專業的實際情況以及專業需求開發具有自主知識產權的虛擬仿真軟件，這樣的軟件更加契合教師和學生的需求。

在核環境監測的實驗教學中，并不能完全離開試驗而只進行核環境監測的虛擬仿真模擬練習，實驗有其獨到并且不可替代的地位，并且在虛擬軟件的開發、維護及優化的過程中需要大量的實驗數據。

四、建立科學的虛擬仿真教學考核和評價體系

考核和評價體系對調動學生的學習積極性有著不可替代的作用，科學的課程考核和評價體系能夠讓廣大學生更加認真地進行學習，并且在學習中促進學生之間的交流，讓學生間的思想得到充足地碰撞。科學的課程考核和評價體系具有多種指標，能夠從多個角度評價學生的課堂表現。并且，能夠讓學生對學習內容進行自覺地思考，主動地通過虛擬仿真技術來驗證自己的想法和觀點，主動地通過虛擬仿真來探索試驗過程和結果，善于發現實驗中所遇到的問題。通過虛擬仿真課堂教學和試驗教學來使學生的潛力進一步得到開發。

在核環境監測教學中，引入虛擬仿真技術能夠解決很多地傳統教育模式所面臨的困難和問題，傳統教育模式已經不能適應現代社會發展和新時期學生對課堂教學的新需求。虛擬仿真技術就是在這種背景下提出來的探索改革高校教育模式的新方法，虛擬仿真技術的引入無疑會助力新工科改革的實施。

參考文獻：

[1]高麗琴，姬五勝，段揚.虛擬仿真軟件在電子類實驗教學中的應用[J].物聯網技術，2019，9（03）：115-116.