| 标题 | 虚拟仿真实验室在核工程与核技术专业人才培养中的优势 |
| 范文 | 谢金森 汤凌志 曾文杰 摘要：虚拟仿真技术已广泛应用于各个行业。本文结合核工程与核技术的专业特点，探讨虚拟仿真实验室建设对核工程与核技术专业在学生实践能力培养、学生创新能力培养、节约教学资源以及就业等方面的促进作用。实践表明建立虚拟仿真实验教学机制不仅可以有效提高学生的实践创新能力，更能全面促进学生对专业的认识，提高教学效率，促进学生就业。 Abstract： Virtual simulation technology has been widely used in various industries. This paper combines the characteristics of nuclear engineering and nuclear technology major， and discusses the promotion role of virtual simulation laboratory construction for nuclear engineering and nuclear technology major in the cultivation of students' practical ability and innovative ability， saving teaching resources and employment. Practice shows that establishing a virtual simulation experimental teaching mechanism can not only effectively improve the students' practical innovation ability， but also can fully promote students' understanding of the major， improve teaching efficiency and promote student employment. 关键词：虚拟仿真实验室；核工程与核技术；优势 Key words： virtual simulation laboratory； nuclear engineering and nuclear technology； advantages 中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）19-0251-02 0 引言 虛拟仿真实验室是虚拟仿真技术应用的重要载体。随着虚拟仿真技术的成熟，人们渐步认识到虚拟仿真技术在教育领域的应用价值。建立虚拟仿真实验室不仅可以辅助科研工作，在实践教学方面也具有高效率﹑易于维护等诸多优点。近年来，我国已有许多高校根据自身科研和教学的需要，建成了一批虚拟仿真实验室。随着国家核工业的不断发展，国家对核工程与核技术专业人才的需求愈发凸显，对人才实践创新能力培养也提出了更高的要求。然而，核工程与核技术专业是一门技术复杂、设备繁多且以工程实践为基础的专业。绝大多数高校无法完整地开展核工程与核技术专业的实践教学。一方面，核工程与核技术专业的实践教学涉及到大型核设施设备，设备成本高；另一方面，涉核实验中多数为不可及﹑不可逆实验，无法在现实中实现。因此，通过建立虚拟仿真实验室，培养学生实践创新能力，满足学生自主学习需要，从而实现对学生贯通式的培养，以适应大众化教育背景下学生个性化发展的需要。 1 核工程与核技术专业人才培养 我国核工程与核技术专业人才教育开始于20世纪50年代，一批重点院校相继建立了与核工程与核技术相关的系所，当时的主要目的是为了适应我国核武器事业和核科技工业的发展。核工程与核技术专业人才培养注重实践能力、创新能力的培养。早期我国的核工程与核技术专业教学缺乏教学实验室和实验设施，高校也没有足够的能力建立完善的实验设施，导致对学生的实践创新能力培养相对薄弱，无法满足社会需求。因此，加强和完善核工程与核技术专业的设施建设是非常关键的。 随着核能与核技术领域的不断发展，涉核企业对核类人才的能力要求也越来越高，不仅要求培养的人才具有扎实的专业基础、较强的获取知识、更新知识的能力，还要能够分析归纳、综合应用所学理论知识，分析解决实际问题。而这些，仅仅着眼于课堂和课本是不够的。虚拟仿真技术提供计算机强大的交互功能和虚拟软件友好的人机界面，结合了视听功能、形象直观，采用虚拟仿真技术开展实验教学，能有效激发学生对专业的兴趣，充分调动学生参与的积极性，有助于培养学生应用计算机控制仪器、收集数据、分析数据、驾驭大批数据和制作实验报告的能力，全面提高学生综合应用计算机的能力，增强学生步入社会的适应能力，切实提高学生多方面的能力。 2 虚拟仿真实验在核工程与核技术专业人才培养中的优势 虚拟仿真技术综合运用了计算机图形学、图像处理与模式识别、智能技术、传感技术、语言处理与音响技术和网络技术等多门科学，融入了大量的图片、动画、语音等多媒体元素，有助于引导和帮助学生进行个性化的学习。相对于传统的课堂加实验模式，利用科技的进步，在学生实践教学方面产生了一个质的飞跃，网络版的虚拟实验系统更配有实时的信息交流平台，教师还可以借此与学生进行课后的交流和讨论，增强了师生间的互动，提高了指导的效果，激励学习者探索性思维。 2.1 实践能力培养方面 解决招生规模扩大后的学生现场生产实习、实践难的问题。南华大学核类专业的生产实习地点主要有中国原子能科学研究院、中国核动力研究设计院、中核（北京）核仪器厂、中国辐射防护研究院、中核（西安）核仪器厂、中科院上海应用物理研究所等单位。扩招之前实习学生人数是30-40人/年，实践教学资源非常丰富；扩招之后，现在实习学生人数是500-600人/年，需要分批进行，每批实习的人数都非常多，实习时间和实习效果都显著下降，同时也给实习接待单位的正常科研生产活动造成影响。虽然虚拟仿真实验教学不能完全替代实践教学，但是在一定程度上可以缓解实践教学的资源不足问题。 特别是在学生理论知识学习和实践能力培养过程中，往往有一些实验与实践环节是在真实环境下难以复现、观察或者成本较高实施难度较大的为使学生对专业理论与知识有亲身的体验和直观感受，有必要借助虚擬仿真技术，利用数字化、多媒体、网络化软硬件技术，精确模拟真实物理环境和作业任务，让学生在虚拟仿真实验平台下，完成真实环境难以实现的认知和实践过程，从而提高学生对知识的深入理解和综合运用程度。 2.2 创新能力的培养方面 中国高校的传统教育一直着重于知识教育，对学生的创新能力和创新精神培养度不强。据调查，在核电企业，一般毕业的本科学生都愿意接受分配的工作任务，但是却没有足够的能力去承担具有挑战性的研究工作。其实不是这些学生没有勇气，而是高校在培养学生的时候忽视了能力教育、素质教育和创新教育。 虚拟仿真教学充分利用各类先进的仿真技术，体现虚拟仿真的高精度、高效率的特点，在学生研究能力和创新能力培养提供了良好平台。实现综合设计和创新平台方面，利用虚拟仿真平台，将所学知识转化为解决科研和生产实际问题能力，开发工程实践能力和研究创新能力。例如，专用软件的开放与再开发提高硕士博士科研创新能力，同时形成反哺实验室的良性循环。 2.3 节约实验教学成本 节约实验教学经费，大幅提高了实验教学经费的使用效率。通过虚拟仿真实验教学，可以部分弥补在开展学生现场实验过程中普遍存在的学生人数偏多；实验的深度不够、范围狭窄等问题。核电实验室建设费用一般都过百万，而许多高校本身没有足够的经费建设实验室，但实验教学的仪器价格通常都很贵，且对学生的实验技能要求较高，一旦出现实验失误，其损失和后果不堪设想。而仿真虚拟实验软件的出现有效解决了上述问题，不仅大大降低了实验成本，还不受时间、物质条件等其它客观因素的限制，能为学生提供更多的体验和学习机会。另外，只需提高实验室开放程度，便可实现学生全天候开展实验。虚拟仿真实验教学对计算机和服务器资源要求较高，但对硬件设备的要求相对较低，如此不仅有利于提高实验室的开放程度，也便于开展全天候虚拟仿真实验教学。 2.4 关于就业 核工程与核技术专业相关的多数企业要求从业者具有高的实践能力，例如基于核电站具有高度敏感性，一旦出现失误便是灾害性的，比如日本福岛核事故、苏联切尔诺贝利事故、美国三里岛事故等，所以对相关人员的要求必须做到精准无误。然而，核电站是一个庞大的系统，不仅内部结构极其复杂，其环境还具有高辐射，导致操纵人员的的日常培训困难重重。而虚拟现实技术的出现为核电站安全培训提供了新的方式，采取该技术即使在培训中出现纰漏，其损失也不会是致命的，大大降低了培训的环境和财务风险，基于此，国内核电领域的很多标杆企业均采用了该技术构建核电站虚拟仿真系统。虚拟现实技术在核电相关的多个领域都具有广泛的应用前景，比如宣传演示、安全培训及辅助设计等，为我国的核电长远发展产生了巨大的积极影响。对于核专业以就业为方向的毕业生们，提前利用虚拟仿真技术模仿实际工作环节和真实情景建立起来的仿真场所，使学生在实习的过程中把专业课所学的基本技能知识得到巩固和练习。在今后的工作中能更快地适应和提高。 3 结束语 在各高校培养核工程与核技术专业人才时，虚拟仿真实验室的存在让学生享受到了更好的实践教学环境，有利于将理论和实践教学体系相结合，让学生走入虚拟实验环境，学会理论联系实际，不仅有效地提高了学生的实践能力、学习兴趣，更能全面促进学生对专业的认识，提高了教学效率。 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]曾文杰，谢金森，程品晶，等.高校核专业虚拟仿真实验教学建设探索——问题与对策[J].教育教学论坛，2017（25）：273-274. [3]王虎，陈建华.核工程与核技术专业虚拟实习教学方式研究[J].东北电力大学教学，2011（31）：201-203. |
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