核电站反应堆安全保护虚拟仿真实验
  核电站反应堆安全保护虚拟仿真实验主要基于核安全、核保护等方面的基本概念和知识课程基础,课程组经过多年教学的经验,结合数字化仪表的设计,增加对多项事故处理展开虚拟仿真实验课程开发要求,其中包括:失水事故、蒸汽发生器传热管破裂事故、蒸汽管道破裂事故、给水管道破裂事故、严重事故的处理措施。因授课内容的实践性要求,需要配套实验课程的设计,根据授课内容提出实验环节的设计及要求,主要让学生理论联系实际,建立起系统的概念,通过核电站反应堆安全保护虚拟仿真实验能够利用实际的事故进行综合分析与处理,确保课程内容对于学生能力的全方位提升,特别认识核安全处理,并提高其针对不同事故下的事故处理能力。
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核电站反应堆安全保护虚拟仿真实验建设的必要性以及先进性

  双碳目标下我国核电将会稳步规模化发展,核电与生俱来的核安全需要通过核电站安全保护以及事故后缓解处理实现,所以核电站反应堆安全保护作为我校核电技术与控制工程专业人才培养的核心内容课程。核电站反应堆安全保护是属于核电站异常或事故场景的内容,对于教学来说极为抽象,创建场景化的教学环境十分重要,另外核电厂和相关产业链接收学生实习的可能性很小,因此,构建建立在互动可操作的核电站反应堆安全保护系统对学生理论联系实际,增强其实践机会,培养起兴趣是非常有益的,构建核电站反应堆安全保护虚拟仿真实验,也是在疫情等特殊情况下实现不中断远程互动教学的必要手段。总之本次的教育数字化转型实践创新, 可实现在线教育教学互动,在线教育教学中开展师生互动、生生互动的情景式教育场景。

  随着互联网、云计算、三维图形、虚拟现实技术的发展,以这些技术为基础的虚拟仿真实验为解决当前涉电专业实验与实践教学面临的问题提供了绝佳的解决方案。现场看不全的发电设备外观,现场看不到的发电设备内部结构,都可以通过虚拟仿真实验来了解;现场严格禁止的设备运行、检修操作,都可以通过虚拟仿真实验来进行;虚拟仿真实验同时也解决了发电现场实习和实践存在的高风险、高成本、安全性等问题。当前的三维图形和虚拟现实技术可以使发电设备的三维图形仿真具有极高的逼真度和临场感;互联网、云计算技术可以使实验与实践教学突破时间、空间的限制,理论上可以根据学生的需要随时随地开展。核电站反应堆安全保护虚拟仿真实验教学项目的着眼点就是融合当前三维图形、虚拟现实技术的最新成果,通过三维虚拟仿真的方式开展核电站反应堆安全保护实验和实践教学,使学生掌握针对核电事故下的核电站反应堆安全保护以及相关的缓解措施和基本技能。


教学方法创新

  核电站反应堆安全保护虚拟仿真实验教学项目综合应用三维图形、虚拟现实、互联网、云计算等先进技术,通过三维虚拟仿真的方式,开展典型压水堆核电站反应堆安全保护虚拟仿真实验的实验与实践教学。该虚拟仿真实验项目由多个虚拟仿真实验构成,培养学生全面认知核电站反应堆安全保护系统逻辑以及保护过程,以达到和安全的目的。

  该虚拟仿真实验项目所包含的虚拟仿真实验分为演示与认知型实验、操作与验证型实验、设计与创新型实验三类。其中,演示与认知型实验主要涉及核电站保护和安全系统的本体结构和逻辑结构认知;操作与验证型实验主要涉及对核电站保护安全系统的操作以及互动的虚拟操作与验证;设计与创新型实验主要涉及修改和优化保护和安全逻辑,实现应急缓解的全自动化。

  在教学中以学生为主体,通过给予学生各种演示与认知型、操作与验证型、设计与创新型的实验任务,引导学生通过虚拟仿真实验完成核电站反应堆安全保护系统的认知、操作和优化等任务。

  该虚拟仿真实验模式解决了实验室实物实验、现场实验与实践存在的实现困难,设备看不到、看不全,学生无法实操,以及教学效果难以保证的弊端,激发了学生学习的积极性和主动性。通过核电站反应堆安全保护虚拟仿真实验,能够验证对应的课堂理论教学知识,提高学生对于理论理解的深度,进一步强化学生的实际应用能力,形成了“理论-仿真-实践-理论”的螺旋式递进教学特色。


评价体系创新

  对于学生实验结果的评价通过对虚拟实验室的故障或者事故设置,以及进行及时的响应和互动操作,以及操作结果组成,其目的是全方位、多角度考核学生的综合能力,促进学生实践能力、创新能力的提升。


对传统教学的延伸与拓展

  该虚拟仿真实验并非是对传统实验室实物实验教学、现场实验与实践教学的替代,而是对传统实验室实物实验教学、现场实验与实践教学的延伸与拓展。传统实验室实物实验教学、现场实验与实践教学可有效地提升学生对核电站安全与保护系统的意义和实体形成认知,由于核电站发生停堆事故的小概率性,根本无法实际体验核电站安全与保护系统的功能和操作,以及对核电站泄漏屏障的保护作用。而该虚拟仿真实验不仅可有效弥补传统实验室实物实验教学、现场实验与实践教学的不足,而且可以设置故障和事故的场景,通过发生过程,和学生的操作介入实现对安全保护过程的认知,了解其保护逻辑设置的含义和联锁过程的必要性,以实现核安全要求。因此,理想的实验教学是虚拟仿真实验教学与传统实验室实物实验教学、现场实验与实践教学三者的有机融合。


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