探索虛擬仿真軟件在核環(huán)境監(jiān)測教學中的應用

毛飛 王海 位楠楠

【摘要】傳統(tǒng)教學方式局限于環(huán)境、設備、時間等各種資源，越來越不能滿足現(xiàn)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(huán)境監(jiān)測教學受益于虛擬仿真軟件的使用，極大地節(jié)約了教學資源和教學時間。本文通過核環(huán)境監(jiān)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(yōu)化方案和指導教學的具體方法。

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

【作者簡介】毛飛，湖南岳陽人，南華大學核科學技術(shù)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(shù)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(jù)教學的實際需求各種虛擬仿真軟件被開發(fā)及應用，并且隨著應用情況不斷被優(yōu)化，虛擬仿真軟件在核環(huán)境監(jiān)測教學中的使用也得到了發(fā)展。在生活環(huán)境的監(jiān)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(zhì)的濃度。取樣范圍廣，實驗操作要求高，實驗結(jié)果的準確性很大程度上受研究人員的操作影響。傳統(tǒng)試驗教學的發(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，并對其進行各種分析。

國內(nèi)外的虛擬仿真軟件大致可以分為兩類，一類是直接通過遠程實驗設備的虛擬教學，讓計算機網(wǎng)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(huán)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(xiàn)多種情況下的試驗和分析。本文將圍繞虛擬仿真軟件并結(jié)合試驗以及實際的反饋，分析虛擬仿真軟件在核環(huán)境監(jiān)測中的應用。筆者結(jié)合自身在核環(huán)境監(jiān)測教學中實施虛擬仿真教學的經(jīng)驗，談幾點自己對虛擬仿真教學的經(jīng)驗和認識。

一、虛擬仿真軟件教學相比傳統(tǒng)試驗的優(yōu)勢

目前，虛擬仿真教學已經(jīng)是教育信息化建設和實驗教學示范中心建設的重要內(nèi)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(xiàn)形式，可以讓抽象的理論知識形象地表現(xiàn)出來，教師可結(jié)合實際的教學需求，最大限度地發(fā)揮虛擬資源的優(yōu)勢。通過虛擬仿真教學還可以實施現(xiàn)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(huán)境監(jiān)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(shù)，調(diào)節(jié)各種試驗環(huán)境，能夠激發(fā)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(shù)構(gòu)建了一種高度虛擬現(xiàn)實的教學環(huán)境，使學生體驗置身其中的感覺，實現(xiàn)互動教學，最大限度地激發(fā)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(huán)境監(jiān)測課程的相結(jié)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(jié)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(huán)境監(jiān)測試驗中，對于生活環(huán)境中氡及氡子體的濃度或者對水體中的氚濃度進行監(jiān)測時，由于采樣困難、樣品計數(shù)低以及本底數(shù)值不穩(wěn)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(jié)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(zhì)攝入人體內(nèi)，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(jié)合

高校本科教學中的許多試驗需要與軟件相結(jié)合，學?？梢韵葟能浖袌鲆胲浖脑囉冒?，根據(jù)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(yè)任課教師和學生根據(jù)專業(yè)的實際情況以及專業(yè)需求開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)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(huán)境監(jiān)測的實驗教學中，并不能完全離開試驗而只進行核環(huán)境監(jiān)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(fā)、維護及優(yōu)化的過程中需要大量的實驗數(shù)據(jù)。

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(diào)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?？茖W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(xiàn)。并且，能夠讓學生對學習內(nèi)容進行自覺地思考，主動地通過虛擬仿真技術(shù)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(jié)果，善于發(fā)現(xiàn)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(fā)。

在核環(huán)境監(jiān)測教學中，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)不能適應現(xiàn)代社會發(fā)展和新時期學生對課堂教學的新需求。虛擬仿真技術(shù)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(shù)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(lián)網(wǎng)技術(shù)，2019，9（03）：115-116.