素质拓展课程的虚拟仿真实验教学改革与实践

杜晓超　袁显宝　张永红　张彬航　毛璋亮

摘 要 针对传统实验教学内容和教学模式的不足，在素质拓展课程中开展虚拟仿真实验教学改革。实践证明，线上线下相结合的虚拟仿真技术实验形式自由多变，对提升学生参与度和改善教学效果作用显著。

关键词 素质拓展课程 核工程 虚拟仿真实验

中图分类号：G642文獻标识码：A

实验教学是工科专业培养学生创新精神和实践能力的重要途径，“新工科”背景下开展传统实验课程教学模式改革，可有效提升学生对实验实践环节的重视程度，同时培养适应社会快速变革的高素质人才。三峡大学开设面向全校所有专业开放的素质拓展课程《核科学技术及应用》，并增加素质拓展课程中的实践教学环节，在传统实验教学的基础上，开展虚拟仿真实验教学改革，旨在培养学生的综合素质和处理复杂问题的能力，更好地为办好国家级一流本科专业服务。

1实践教学改革目的

统计数据表明，全国高校在校学生约有35%为工科学生，实验实践教学承担着培养学生的实践能力、创新能力和跨专业整合能力的教育功能。传统实验教学内容相对单调，实验设备种类单一且技术落后，开展虚拟仿真实验教学改革的研究，增加开放性的实验内容，可有效增加学生实验参与程度和动手实践经验。

《核科学技术及应用》课程包括核医学、核仪器仪表、核农学及放射性同位素技术等内容，在实验室条件下实现相关设备仪表的操控、工作原理的验证、实践环节的训练以及工业生产过程观摩等的实验内容，难度很大。借助虚拟仿真技术手段可以将不同专业领域的理论和实验直观、立体的展现在学生面前，结合实物模型或图片、视频资料等，易于理解和接受。依托核工程专业虚拟仿真实验室开展，包括理论教学和实践教学两部分。实验教学部分开设的实验内容有：设备模型室参观、反应堆控制演示模型、燃料循环模型等。

2实验教学设计

2.1实验项目的分级设计

从灵活度、开放性、多样化的特点入手，改变原有实验内容和教学形式，将实验教学实行分级进行其中包括体验型性实验、设计性实验和3D建模实验等三级内容。

（1）体验型实验：包括核设备虚拟仿真操作、核电厂虚拟漫游、核燃料虚拟换料等内容，借助虚拟仿真技术手段，使学生提升体验增加实践经验。

（2）设计性实验：包括核产品概念设计、核技术应用工作原理、模型设计等，充分考虑不同专业的学科特点，尽可能让各专业学生都能发挥其在不同领域的特长，同时启发思维，培养科学创新能力。

（3）3D模型实验：围绕相关涉核设备的制图和3D打印等任务设置开放性实验内容，训练学生的涉核设备和应用技术的文献调研和数据处理能力，以及工程制图能力等。

2.2线上线下相结合教学模式设计

《核科学技术及应用》虚拟仿真实验教学项目是在国家虚拟仿真实验教学项目共享服务平台——实验空间（网址：http：//www.ilab-x.com/）平台上进行，面向高校和社会免费开放并提供教学服务，同时由教育部组织相关部门进行持续监管。线上实验项目分为实验学习和实验考核两个栏目，不同设备的实验项目彼此独立。灵活采用“线上线下”相结合的教学模式，不仅为“新工科”背景下核工程类、能源动力类、机械工程类等专业的人才培养服务，也为广大的高年级工科学生提供创新性实验平台和学科竞赛平台，使学生接受更加全面、深入的工程素质教育，增强创新能力。

3实验教学实践

《核技术及应用》课程的教学对象涵盖了全校所有专业，近三年参与本课程学习的学生数近500人，包括理工类、医学类、文科类和艺体类等多专业领域的学生。开展虚拟仿真实验教学改革，学生的参与度获得提高，特别是跨专业学生的学习兴趣增加。针对跨专业学生开设创新型实验，目的是考察学生的工程实践创新意识，所以实验考核应以过程考核为主，结果考核为次。例如，《核技术及应用》创新实验目的旨在引入新鲜理念，用非专业的思维方式探索核领域，从技术思路、原理、方式等环节不成熟或带有不确定性，但实验创意、特色、交流与讨论等方面表现可能很突出，所以对素质拓展课程创新实验的考核方法不能以实验结果作为主要考核依据，需要注重实验过程的考核。

线上实验课程的开展是以核电站系统与设备虚拟仿真实验平台为基础，以教学班级为单位，参与线上虚拟仿真实验项目的在线学习和在线操作考核，并获得实验成绩。特别是今年春节新冠疫情爆发后，防控期间广大师生返校受阻，各专业教学启动线上课程的教学模式，核电站虚拟仿真实验项目的线上实验课程极大地助力了教育部“停课不停学”教学计划。

4总结

随着90后、00后逐渐成为大学生群体的主力军，具有强烈个人意识色彩的他们不再满足于单一教育教学方法，而更渴望个性化的培养模式。虚拟仿真实验教学为个性化的大学生培养模式提供可能。通过《核技术及应用》虚拟仿真实验使学生了解和接触相关产品研发、设计、制造及生产管理过程，获得对工业生产过程的感性认识和实际体验;通过参与创新型实验，锻炼学生创新思维能力，综合运用所学基础知识和基本技能分析问题和解决问题。实践证明，立足课堂扎实有效的开展虚拟仿真课程的创新，具有良好的教学效果。

基金项目：项目资助：2018年三峡大学教研项目“基于《核科学技术及应用》课程的混合式幕课建设与实践研究”（J2018008） ;2019年三峡大学“课程思政”专题项目“《核科学技术及应用》课程思政”（J2019008）。