基于虛擬仿真技術(shù)的核工程與核技術(shù)專業(yè)網(wǎng)絡(luò)實驗課程建設(shè)

曾文杰　謝芹　謝金森

摘要：虛擬仿真技術(shù)已廣泛應(yīng)用于核工程與核技術(shù)專業(yè)的實驗教學(xué)。南華大學(xué)核能與核技術(shù)工程虛擬仿真實驗教學(xué)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(yè)軟件，開展實驗課程建設(shè)，學(xué)生可通過外網(wǎng)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(xué)能力。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù)；核工程與核技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)實驗課程

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

隨著多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)的飛速發(fā)展，大學(xué)教育過程中不斷更新教育教學(xué)手段。大學(xué)受資金、場地等因素的影響，無法開展大規(guī)模裝置的實驗課程。因此，通過虛擬仿真技術(shù)可以實現(xiàn)在現(xiàn)實環(huán)境中難以實現(xiàn)的實驗項目。此外，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)建立網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真實驗平臺，擴展虛擬仿真資源的受益面。

南華大學(xué)核能與核技術(shù)工程虛擬仿真實驗教學(xué)中心一直致力于發(fā)展虛擬仿真技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)在核工程與核技術(shù)、核安全工程等專業(yè)中的應(yīng)用。通過多年的資源積累及課程建設(shè)，2014年南華大學(xué)核能與核技術(shù)工程虛擬仿真實驗教學(xué)中心成功申報并獲批為教育部國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心。以此為契機，學(xué)校進一步建設(shè)核能與核技術(shù)工程虛擬仿真實驗教學(xué)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(xiàn)了教學(xué)資源校內(nèi)網(wǎng)絡(luò)化訪問，為進一步開展對外訪問奠定了基礎(chǔ)[1，2]。

一、核能與核技術(shù)工程虛擬仿真平臺

核能與核技術(shù)工程虛擬仿真實驗教學(xué)平臺提供了全方位的虛擬實驗教學(xué)輔助功能。平臺包括：中心門戶網(wǎng)站、實驗教務(wù)管理、實驗教學(xué)管理、實驗前理論知識學(xué)習(xí)、實驗過程智能指導(dǎo)、實驗結(jié)果自動批改、實驗報告提交、實驗室開放預(yù)約管理、互動交流通知系統(tǒng)、系統(tǒng)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(xué)環(huán)境提供服務(wù)并進行相應(yīng)，如圖1所示。管理員具有設(shè)置教師帳號、導(dǎo)入學(xué)生信息等權(quán)限。教師可利用個人帳號查看學(xué)生選課，并進行師生交流互動。學(xué)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(shù)的網(wǎng)絡(luò)實驗課程建設(shè)

以《壓水堆核電廠事故分析實驗》課程為例，該課程從專業(yè)與年級、基本知識和能力要求兩個方面對學(xué)生提出了要求。在專業(yè)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(yè)的大三、大四本科生。此外，也可用于核能科學(xué)與工程、核安全工程、核能與核技術(shù)工程等研究生基礎(chǔ)實踐教學(xué)。在基本知識和能力方面，要求學(xué)生具備《核電廠系統(tǒng)與設(shè)備》《核電廠運行》《核反應(yīng)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(shù)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，開展實驗課程建設(shè)。實驗課程的教學(xué)流程如圖2所示。首先學(xué)生可通過個人帳號登錄核能與核技術(shù)工程虛擬仿真實驗教學(xué)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(nèi)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(nèi)選擇即將開展的實驗項目，如AP1000核電廠蒸汽發(fā)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(dǎo)書，閱讀實驗?zāi)康末p實驗要求及實驗內(nèi)容等，然后學(xué)生可在界面中根據(jù)實驗內(nèi)容及實驗注意事項開展實驗，并及時根據(jù)實驗報告格式網(wǎng)上填寫并提交實驗報告。為確保實驗教學(xué)質(zhì)量，教師可通過教師帳號查看學(xué)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(fā)生器傳熱管破裂事故分析實驗。依據(jù)實驗項目指導(dǎo)書及Pctran仿真軟件說明書開展實驗。學(xué)生可在任意區(qū)域通過外部網(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)進行存儲?？紤]到平臺服務(wù)器空間有限，學(xué)生可將數(shù)據(jù)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(nèi)按格式要求完成實驗報告。

三、平臺建設(shè)的后續(xù)規(guī)劃

平臺的后續(xù)建設(shè)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(xué)項目。拓展虛擬仿真實驗教學(xué)類別，豐富實驗教學(xué)項目，提升綜合性、創(chuàng)新性實驗項目的比重，提高實驗教學(xué)能力。推進第四代核能系統(tǒng)虛擬仿真實驗教學(xué)項目的開發(fā)建設(shè)，提升學(xué)生對新型反應(yīng)堆的認(rèn)識，滿足四代核電的教學(xué)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(xué)平臺，增強開放式虛擬仿真管理平臺對優(yōu)質(zhì)資源的共享能力，滿足更大的用戶并發(fā)訪問。

3.增加AP1000主回路系統(tǒng)與設(shè)備虛擬裝配與維修、核電廠虛擬漫游等教學(xué)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生更加直觀地掌握AP1000核電廠布置、關(guān)鍵設(shè)備結(jié)構(gòu)與運行原理。開發(fā)應(yīng)用于核電廠維護、退役等領(lǐng)域的虛擬裝備，讓學(xué)生在掌握核電廠運行的基礎(chǔ)上，進一步拓展創(chuàng)新性使用新技術(shù)用于核電運維、退役的交互式場景的開發(fā)，服務(wù)行業(yè)發(fā)展需要。

四、結(jié)束語

基于核能與核技術(shù)工程虛擬仿真平臺的網(wǎng)絡(luò)實驗課程體系正在建設(shè)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(shè)，學(xué)生可通過網(wǎng)絡(luò)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(fā)揮了學(xué)生的主觀能動性，不僅加深學(xué)生對相關(guān)理論知識的思考，還有力地提高了學(xué)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(shè)總結(jié)[J].中國電力教育，2014，（18）：80-81.

[2]李宗泰.基于信息技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的高校研究型教學(xué)模式探討[J].北京農(nóng)學(xué)院學(xué)報，2008，（23）：78-80.