基于虚拟仿真技术的核工程与核技术专业网络实验课程建设

曾文杰　谢芹　谢金森

摘要：虚拟仿真技术已广泛应用于核工程与核技术专业的实验教学。南华大学核能与核技术工程虚拟仿真实验教学中心积极建立虚拟仿真实验平台，通过该平台可以融合专业软件，开展实验课程建设，学生可通过外网直接访问并开展实验，提高了仿真资源的利用率，提升了中心的实验教学能力。

关键词：虚拟仿真技术；核工程与核技术；网络实验课程

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）34-0254-02

随着多媒体技术、网络信息技术、虚拟仿真技术的飞速发展，大学教育过程中不断更新教育教学手段。大学受资金、场地等因素的影响，无法开展大规模装置的实验课程。因此，通过虚拟仿真技术可以实现在现实环境中难以实现的实验项目。此外，结合网络信息技术建立网络虚拟仿真实验平台，扩展虚拟仿真资源的受益面。

南华大学核能与核技术工程虚拟仿真实验教学中心一直致力于发展虚拟仿真技术和网络信息技术在核工程与核技术、核安全工程等专业中的应用。通过多年的资源积累及课程建设，2014年南华大学核能与核技术工程虚拟仿真实验教学中心成功申报并获批为教育部国家级虚拟仿真实验教学中心。以此为契机，学校进一步建设核能与核技术工程虚拟仿真实验教学中心，建立了虚拟仿真平台，扩展了虚拟仿真资源的利用效率，实现了教学资源校内网络化访问，为进一步开展对外访问奠定了基础[1，2]。

一、核能与核技术工程虚拟仿真平台

核能与核技术工程虚拟仿真实验教学平台提供了全方位的虚拟实验教学辅助功能。平台包括：中心门户网站、实验教务管理、实验教学管理、实验前理论知识学习、实验过程智能指导、实验结果自动批改、实验报告提交、实验室开放预约管理、互动交流通知系统、系统管理等功能，同时平台可扩展集成第三方的虚拟实验课程资源或自建课程资源，为虚拟实验教学环境提供服务并进行相应，如图1所示。管理员具有设置教师帐号、导入学生信息等权限。教师可利用个人帐号查看学生选课，并进行师生交流互动。学生登录平台后查找到个人的必修实验课，此外还可选修其他实验课程。

二、基于虚拟仿真技术的网络实验课程建设

以《压水堆核电厂事故分析实验》课程为例，该课程从专业与年级、基本知识和能力要求两个方面对学生提出了要求。在专业与年级方面，该虚拟仿真平台主要适用于核类﹑热能动力类﹑电气类等专业的大三、大四本科生。此外，也可用于核能科学与工程、核安全工程、核能与核技术工程等研究生基础实践教学。在基本知识和能力方面，要求学生具备《核电厂系统与设备》《核电厂运行》《核反应堆安全分析》等课程基本知识，同时具有一定的计算机操作能力。

1.实验实施过程。通过利用虚拟仿真技术，结合网络信息技术，开展实验课程建设。实验课程的教学流程如图2所示。首先学生可通过个人帐号登录核能与核技术工程虚拟仿真实验教学中心。登录后，可开始选择课程，选择《压水堆核电厂事故分析实验》课程。该课程内包含了多个实验项目，然后在《压水堆核电厂事故分析实验》课程内选择即将开展的实验项目，如AP1000核电厂蒸汽发生器传热管破裂事故分析实验，在实验项目界面可获取实验项目指导书，阅读实验目的﹑实验要求及实验内容等，然后学生可在界面中根据实验内容及实验注意事项开展实验，并及时根据实验报告格式网上填写并提交实验报告。为确保实验教学质量，教师可通过教师帐号查看学生的实验完成情况，阅读实验报告并评分。

2.AP1000核电厂蒸汽发生器传热管破裂事故分析实验。依据实验项目指导书及Pctran仿真软件说明书开展实验。学生可在任意区域通过外部网络开展实验操作。操作过程中，Pctran软件具有随时暂停的功能。此外，还可对运行过程中任意时刻的数据进行存储。考虑到平台服务器空间有限，学生可将数据直接存储至本地电脑，方便查看。待实验操作完成后，需在个人页面内按格式要求完成实验报告。

三、平台建设的后续规划

平台的后續建设主要围绕以下三个方面开展：

1.完善实验课程类别，丰富实验教学项目。拓展虚拟仿真实验教学类别，丰富实验教学项目，提升综合性、创新性实验项目的比重，提高实验教学能力。推进第四代核能系统虚拟仿真实验教学项目的开发建设，提升学生对新型反应堆的认识，满足四代核电的教学需求。

2.增强开放式虚拟仿真平台对资源的共享能力。进一步完善虚拟仿真实验教学平台，增强开放式虚拟仿真管理平台对优质资源的共享能力，满足更大的用户并发访问。

3.增加AP1000主回路系统与设备虚拟装配与维修、核电厂虚拟漫游等教学环节，让学生更加直观地掌握AP1000核电厂布置、关键设备结构与运行原理。开发应用于核电厂维护、退役等领域的虚拟装备，让学生在掌握核电厂运行的基础上，进一步拓展创新性使用新技术用于核电运维、退役的交互式场景的开发，服务行业发展需要。

四、结束语

基于核能与核技术工程虚拟仿真平台的网络实验课程体系正在建设中。目前，主要开展了《压水堆核电厂事故分析实验》课程的建设，学生可通过网络登录虚拟仿真平台，查看实验课程资料并开展实验。利用实验平台极大地发挥了学生的主观能动性，不仅加深学生对相关理论知识的思考，还有力地提高了学生逻辑思维能力和分析解决实际的能力。

参考文献：

[1]邹家柱，程品晶.高校虚拟仿真实验室建设总结[J].中国电力教育，2014，（18）：80-81.

[2]李宗泰.基于信息技术网络的高校研究型教学模式探讨[J].北京农学院学报，2008，（23）：78-80.