摘要:利用C#开发核化工与核燃料工程专业虚拟仿真软件，通过利用.net平台的特性，降低编写的代码数量。通过合理设计实验内容，可以调动学生的学习兴趣和积极性。另外，虚拟仿真实验项目的开展，也为在突发情况下保障学生实践能力培养提供了技术支撑。虚拟仿真实验可以缩小不同学校在学生实践能力培养条件方面的差距。
关键词:核化工与核燃料工程专业;虚拟仿真实验;铀浓缩;程序
核化工与核燃料工程专业与辐射防护与核安全工程专业、工程物理专业均是2012版本科专业目录中核工程类专业的二级专业;其中核工程与核技术专业包容了原先的核工程、核技术两个专业，辐射防护与核安全工程专业源于原先的辐射防护与环境保护、核安全两个专业。核工程类专业对于同学培养的要求较高，其中核化工与核燃料工程专业更是专业知识涉及面广。教育部颁布的普通高校本科专业目录和专业介绍把核化工与核燃料工程专业培养目标的定位为“培养具有宽厚的理论知识、扎实的专业技能、能把基础理论应用于解决科学和工程问题，能在相关领域从事研究、设计、制造、生产和管理等工作并具有创新意识的科技人才”[1]。确实该专业培养的学生的知识面广度和深度都要求较高，其主干学科涉及:核科学与技术、化学工程与技术。核心知识领域为:核燃料循环概论、同位素分离原理、化工原理、核燃料后处理及核废物处置、核燃料工程等[1]。学习这些核心知识，就涉及到物理、化学、化工、核科学与技术、材料科学与工程等多个一级学科的专业基础课程与知识。为何要涉及这么多专业基础知识?这与培养人才的目的是从事核燃料相关工作的要求有关，已有论文做了阐述[2]。
实践能力是包括核化工与核燃料工程专业在内的核工程类专业的主要培养重点，也是难点。首先核工程类专业面临的对象具有放射性，甚至是强放射性和高毒性。而大部分高校不具有放射性操作条件与资质，也没有装备大型核工程装置的经济实力。核工程类实验还需要辐射探测器、数据采集装置、大型设备等，这同样受制于高校的经济实力，制约了核工程类专业实验项目的建设。核工程类专业实验具有放射性、复杂性、危险性高和难度大等显著特点，这不仅对学生的专业性提出了较高的要求，同时实验成本高。另外，实验资源难以获取等问题更是制约了学生的实践训练内容和可行性。虚拟仿真实验采用计算机仿真技术模拟真实实验，学生在虚拟环境中训练，可以重复实验、随时实验、随地实验，有效解决核工程类实验、实训“放射性、高成本、高风险和高周期”的问题，是核工程类实验教学的重要发展方向。
1虚拟仿真实验需求分析及其相关技术发展
虚拟仿真实验教学日益受到重视;这几年由教育部牵头开展国家虚拟仿真实验教学项目建设。虚拟仿真实验是推进现代信息技术融入实验教学项目、拓展实验教学内容广度和深度、延伸实验教学时间和空间、提升实验教学质量和水平的重要举措，示范性虚拟仿真实验教学项目建设工作的深化和拓展。
很多高校积极申报各种国家级实验教学示范中心，如作者所在学院2015年就获批“核资源勘查技术实验教学中心获批国家级实验教学示范中心”(http://www.etnr.cdut.edu.cn)。其中虚拟实验平台建设，是不少实验教学示范中心的一项主要内容，也是一条产出投入/效果明显的途径。受制于经费和各种原因的制约，目前大多数平台存在虚拟仿真实验项目少、内容单一，网站维护不完善等诸多重申报、轻开发与维护方面的问题。
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因而，研发虚拟仿真实验项目和开发平台势在必行，尤其是像核工程类专业的实训，存在高危、高投入等问题。发展虚拟仿真实验是解决资金、资质等瓶颈的有效手段之一。目前虚拟仿真实验开发技术已经往融合AR/VR技术方向发展，工业与实验VR/AR的应用场景就是构建在数字世界与物理世界融合的基础之上，VR/AR作为衔接虚拟产品和真实产品实物之间的桥梁，开发者可以在平台上构建各种AR和VR互动体验。目前VR和AR内容多为Unity驱动，Unity提供了易用的实时平台，提供一整套软件解决方案，可用于创作、运营和变现实时互动的2D和3D内容[3-4]。虽然Unity最初的目的是为了游戏开发，现在它不仅广泛应用于游戏开发、美术、建筑、汽车设计、影视制作，甚至ATM领域应用(汽车、运输、制造)全球超过60%的AR和VR内容都利用Unity引擎开发。Unity原先支持javascipt、C#和boo三种语言，在Unity5.0后，Unity公司放弃对Boo的技术支持。
2开发工具
考虑到C#语言在编程理念上更符合Unity3D引擎原理。因而，在开发核化工与核燃料工程专业虚拟仿真实验软件时，经过调研和再三考虑，决定使用C#。C#是微软公司发布的一种由C和C++衍生出来的面向对象的编程语言、运行于.NETFramework和完全开源且跨平台的.NETCore之上的高级程序设计语言。.NET是微软当代的操作平台，它允许人们在其上构建各种应用方式，使人们尽可能通过简单的方式，多样化地、最大限度地从网站获取信息，解决网站之间的协同工作，并打破计算机、设备、网站、各大机构和工业界间的障碍--即所谓的“数字孤岛”，从而实现因特网的全部潜能，搭建起第三代互联网平台。C#综合了VB简单的可视化操作和C++的高运行效率，以其强大的操作能力、优雅的语法风格、创新的语言特性和便捷的面向组件编程的支持成为.NET开发的首选语言。本项目开发软件为VisualStudio2019。
3核化工与核燃料工程专业虚拟仿真实验软件设计
3.1软件设计概要
由于C#具有调用可执行程序的能力，因而方便把每个实验项目设计成一个独立的模块，单独编译成由核化工与核燃料工程虚拟仿真实验软件调用的可执行程序。这样学生的感觉就像做实验室指定的实验，增强体验感;对于软件开发而言，每个实验是单独的一个程序模块，简化了代码管理的复杂性，便于日后扩充实验项目和实验内容。图1以铀浓缩为例说明了核化工与核燃料工程专业虚拟仿真实验软件的设计概要。为了拓展学生的国际化视野，软件内容和提示均采用双语(见图1等)。32×32的软件LOGO采用成都理工大学师生熟悉的文化符号—“恐龙”，颜色为成都理工大学LOGO等文化符号使用的蓝色。
3.2铀浓缩虚拟仿真实验软件设计
铀浓缩虚拟仿真实验软件作为核化工与核燃料工程专业虚拟仿真实验软件的虚拟仿真实验模块之一，其启动界面具有风格一致性。首页就是浓缩铀的离心机，直接向学生推送目前国际上主流的铀浓缩技术。每个实验模块启动时，都有一幅代表这项实验内容核心的技术图片，以便给他们留下直观印象。在学生选择进入实验后，就得首先输入个人信息，这些信息后面将用于实验结果输出时的文件名和报告内容。随后，学生可以逐一选择实验内容进行学习和模拟训练。
从图3和图5可以看出:这些界面在学生进行虚拟仿真实验时，会多次出现，但是像个人信息、模拟过程中的模型在虚拟仿真实验过程中需要固化。项目利用C#语言的功能，通过对相应的button或者textBox进行控制，如在首次模拟时，通过textBox1.Enabled=false指令来使得级联模型不可在下次模拟中改变来实现。
4结论
利用C#开发核化工与核燃料工程专业虚拟仿真软件相对比较方便，利用.net平台的特性，可以大幅度降低编写的代码数量，且为今后代码用于其他操作系统时提供便利，降低二次开发的工作量。同时，通过合理设计实验内容，可以调动学生的学习兴趣和积极性。另外，虚拟仿真实验项目的开展，也为在新冠肺炎疫情之类突发情况下，保障学生实践能力培养提供了一定的条件。总而言之，虚拟仿真实验可以缩小不同学校在学生实践能力培养方面的差距，因而对于办学经费拮据的高校更是有利。虚拟仿真实验应该在各个专业得到大力发展。——论文作者：陆春海
