素質(zhì)拓展課程的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐

杜曉超　袁顯寶　張永紅　張彬航　毛璋亮

摘 要 針對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。實(shí)踐證明，線上線下相結(jié)合的虛擬仿真技術(shù)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)

中圖分類號：G642文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是工科專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的重要途徑，“新工科”背景下開展傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)模式改革，可有效提升學(xué)生對實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)的重視程度，同時(shí)培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)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(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)上，開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)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(shí)踐教學(xué)改革目的

統(tǒng)計(jì)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(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)承擔(dān)著培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)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(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容相對單調(diào)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備種類單一且技術(shù)落后，開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的研究，增加開放性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，可有效增加學(xué)生實(shí)驗(yàn)參與程度和動(dòng)手實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

《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(shí)驗(yàn)室條件下實(shí)現(xiàn)相關(guān)設(shè)備儀表的操控、工作原理的驗(yàn)證、實(shí)踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練以及工業(yè)生產(chǎn)過程觀摩等的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)直觀、立體的展現(xiàn)在學(xué)生面前，結(jié)合實(shí)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(shí)驗(yàn)室開展，包括理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩部分。實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分開設(shè)的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的分級設(shè)計(jì)

從靈活度、開放性、多樣化的特點(diǎn)入手，改變原有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和教學(xué)形式，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)行分級進(jìn)行其中包括體驗(yàn)型性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和3D建模實(shí)驗(yàn)等三級內(nèi)容。

（1）體驗(yàn)型實(shí)驗(yàn)：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(yàn)增加實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

（2）設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)：包括核產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)、核技術(shù)應(yīng)用工作原理、模型設(shè)計(jì)等，充分考慮不同專業(yè)的學(xué)科特點(diǎn)，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(shí)啟發(fā)思維，培養(yǎng)科學(xué)創(chuàng)新能力。

（3）3D模型實(shí)驗(yàn)：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(shí)驗(yàn)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(xiàn)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(jì)

《核科學(xué)技術(shù)及應(yīng)用》虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目是在國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目共享服務(wù)平臺(tái)——實(shí)驗(yàn)空間（網(wǎng)址：http：//www.ilab-x.com/）平臺(tái)上進(jìn)行，面向高校和社會(huì)免費(fèi)開放并提供教學(xué)服務(wù)，同時(shí)由教育部組織相關(guān)部門進(jìn)行持續(xù)監(jiān)管。線上實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分為實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)考核兩個(gè)欄目，不同設(shè)備的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目彼此獨(dú)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(dòng)力類、機(jī)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)和學(xué)科競賽平臺(tái)，使學(xué)生接受更加全面、深入的工程素質(zhì)教育，增強(qiáng)創(chuàng)新能力。

3實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，目的是考察學(xué)生的工程實(shí)踐創(chuàng)新意識，所以實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)?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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的考核方法不能以實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為主要考核依據(jù)，需要注重實(shí)驗(yàn)過程的考核。

線上實(shí)驗(yàn)課程的開展是以核電站系統(tǒng)與設(shè)備虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為基礎(chǔ)，以教學(xué)班級為單位，參與線上虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的在線學(xué)習(xí)和在線操作考核，并獲得實(shí)驗(yàn)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(dòng)線上課程的教學(xué)模式，核電站虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的線上實(shí)驗(yàn)課程極大地助力了教育部“停課不停學(xué)”教學(xué)計(jì)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(qiáng)烈個(gè)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(gè)性化的培養(yǎng)模式。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)為個(gè)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(shí)驗(yàn)使學(xué)生了解和接觸相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計(jì)、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(rèn)識和實(shí)際體驗(yàn);通過參與創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，鍛煉學(xué)生創(chuàng)新思維能力，綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)知識和基本技能分析問題和解決問題。實(shí)踐證明，立足課堂扎實(shí)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(xiàng)目：項(xiàng)目資助：2018年三峽大學(xué)教研項(xiàng)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(shí)踐研究”（J2018008） ;2019年三峽大學(xué)“課程思政”專題項(xiàng)目“《核科學(xué)技術(shù)及應(yīng)用》課程思政”（J2019008）。