開放式實驗教學模式仍然是院校實驗教學變革的重要方向，目的是在培養中學生實踐動手能力的基礎上，鼓勵中學生自主學習和探求創新[1-3]。這些教學模式將實驗教學的平臺、內容、資源等開放給中學生，改變了班主任和中學生在教學活動中的角色關系，班主任從主導地位的設計者、組織者變為了輔助地位的指導者、輔助者[4,5]，中學生則由“被動的”接受者轉變為“主動的”探索者；在學習過程中，充分發揮中學生的主體作用，不斷地挖掘中學生的潛力和培養中學生的綜合素養。
1核化學虛擬仿真實驗教學平臺開放式教學設計
核化學實驗是數學學科專業人才培養過程中一項非常重要的實驗教學內容，屬于化學專業實驗教學中不可或缺的部份。但因為實驗教學中須要用到放射源，面對可能的幅射風險，人們總是“談虎色變”，該門課程在實驗教學的舉辦上變得“束手束腳”。開放式實驗教學模式給核化學實驗提供了一個挺好的教學方法，虛實結合的開放式教學，有利于推動核化學專業實驗教學的推進和改進。上海學院化學實驗國家級教學示范中心通過建設虛擬仿真實驗教學平臺，開辟開放式、虛實結合的核化學及核應用實驗教學新模式，發展核化學專業實驗教學和強化專科人才培養。
1.1虛擬仿真實驗開放式教學的目的
在傳統的實驗教學活動中，實驗內容、方法、步驟、儀器是固定不變的，實驗多是對一些化學原理和現象的演示和驗證，少有設計和探究，上課也多是老師灌輸和演示操作，中學生再重復實驗操作過程[6,7]，從始至終中學生都處于一個被動的地位，因而，中學生對實驗提不起興趣，更多是應付式的完成任務。
而虛擬仿真實驗開放式教學模式完全不同，它顛覆了傳統的實驗教學和人才培養，給中學生提供了一個自由發揮、探索創新的環境和機會，中學生自主選擇實驗項目、設計實驗方案和構建實驗條件，充分發揮中學生的想像力和自主性，讓中學生自己去剖析和解決實際問題，培養中學生的創新思維和科學素質[8-11]，使中學生結業后能符合社會發展需求，成為更具競爭力的人才。
1.2開放式虛擬仿真實驗教學平臺特色
為更好地服務實驗教學，推進實驗教學變革，上海學院化學實驗中心構建了一套開放式實驗教學網路管理系統，借助這一套系統，將核化學實驗室構建成一個開放式的虛擬仿真實驗教學平臺。該平臺主要分為開放式管理、可構建系統兩大模塊，在開放式管理中：中學生可以使用校園身分證——一卡通，登陸實驗中心開放式實驗教學網站，首先進行實驗室安全須知和行為規范測試，通過測試后便可步入個人實驗系統，在個人實驗系統中可以進行預約上課時間、選擇實驗項目、下載實驗資料、上傳實驗報告等操作，并可以查看當值的實驗指導老師，與老師在線交流；實驗預約成功后，便可獲得實驗室門禁權限，步入實驗室做實驗，當實驗完成后，在個人實驗系統點擊確認“完成實驗并關好電源、門窗等”，離開實驗室。可構建系統中：實驗軟件操作便捷，實驗平臺可以構建實驗條件的特性促使實驗具有很強的操作性；中學生借助該平臺自行設計實驗方案，進行個性化實驗，在實驗過程中如發覺問題，在解決問題的同時可以構建實驗條件，再設計實驗，在整個過程中充分發揮中學生的想像力，培養中學生的探求精神和解決問題的能力，在完成實驗內容后可直接在筆記本上處理實驗數據，完成實驗報告，節約實驗時間；實驗班主任可遠程指導中學生實驗和批改實驗報告，極大地提升教學效率。可構建實驗教學平臺充分借助實驗中心開放式信息管理的資源，提高實驗教學的質量，為中學生提供了一個自由、個性的實驗環境，平臺結構如圖1所示。
圖1開放式核化學虛擬仿真實驗教學平臺結布光
2實驗教學內容設計
2.1核化學實驗教學內容
在核化學實驗教學設計上，我們指出中學生的主體地位，老師作為指導，引導中學生自主設計、獨立思索、小組協作闡述、科學研究[12，13]。教學內容分為“基礎設計實驗”和“探究創新實驗”兩個部份。基礎設計實驗內容主要為化學相關專業的中學生開辦的專業實驗，根據教學計劃和教學任務，指出中學生對核化學基本原理的認識和實驗技能的把握，將核與粒子化學、核實驗方式、粒子偵測技術與核電子儀器有機地結合，雖然驗內容主要包括：吸收硬度檢測、電子能譜檢測、壽命譜檢測等。開辦“半導體α偵測器實驗”“α粒子的能量損失實驗”“β射線的吸收實驗”“閃爍譜儀測γ射線能譜實驗”“γ射線的吸收實驗”“測量X射線特點譜及X吸收實驗”“放射源半衰期實驗”“Ｇ-Ｍ計數管特點研究實驗”等系列核化學與核技術教學實驗。中學生可依照須要，在平臺上進行構建，自主設計實驗。
探究創新實驗是基礎設計實驗的推進，面向所有理工科學生開放，但凡對核化學和核技術感興趣的師生，在了解了射線與物質的互相作用規律、核幅射的統計規律、各類常用偵測器的基本原理和技術性能，把握了常用核電子學儀器的原理及使用方式后，可利用該平臺，在平臺上進行探究創新、研究實驗，班主任舉辦教改教研等活動，將研究轉化為成果，可以不斷地優化和發展核化學實驗教學，中學生通過參與學科大賽、SRTP項目、國創項目等，提升自己的科學興趣、科學素質和創新能力。教學內容設計如圖2所示。
圖2教學內容設計圖
2.2可構建核化學實驗儀器
可構建核化學實驗儀器主要由虛擬放射源、多道剖析器、控制軟件、計算機構成，如圖3所示。用虛擬核訊號發生器取代實體放射源，其數學特點：可以給出指定放射源的化學信息，如能量分布信息、粒子信息、探測器的響應信息；可按照實驗需求仿真實驗過程，動態形成觸發判選條件，形成多粒子符合輸出。經多道剖析器采集訊號，實驗軟件進行剖析、測量實驗。利用計算機仿真技術在實驗平臺的深入應用，我們采用虛實結合的模式，為中學生提供一個安全、方便、優質的實驗環境。
圖3可構建核化學實驗儀器圖
3評價系統
核化學虛擬仿真實驗在開放式教學中，對中學生采取多元化的評價方法，評價系統分為中學生互評、教師評價兩個方面，盡量全面、客觀地評價中學生。
中學生互評為競爭答辯模式，中學生進行小組分類，正方組、反方組競爭答辯，其他小組作為打分評委，每組依次輪換，答辯中重視實驗設計、實驗結果、問題解決情況、研究成果（創新點、問題解決方案）4個方面原子核物理實驗，正方對自己的實驗情況進行答辯，辯題提出問題和指責，正方作答，評委小組對正反雙方的表現進行打分。
班主任評價從平常實驗表現、論文寫作、答辯過程的綜合表現3個方面進行打分。實驗表現評價包括中學生的實驗設計、實驗操作、實驗報告。論文寫作主要考查中學生的思索、創新和研究成果。答辯綜合表現把個人表現和小組表現相結合打分，既評價個人的獨立思索、解決問題、實驗能力，個人在小組團隊中的參與度、協作能力、交流情況；又評價小組的整體表現，小組的問題解決方案、解決問題情況和研究成果。最后結合中學生互評和班主任評價給出綜合成績，為優秀的實驗設計方案申請SRTP項目、國創項目等，優秀論文作品推薦給刊物發表，認可并獎勵表現突出的中學生的研究成果。評價系統如圖4所示。
圖4評價系統
4結語
核化學虛擬仿真實驗開放式教學是實驗教學變革中的一個新的嘗試。我們采取虛實結合的方法原子核物理實驗，在硬件條件、實驗教學內容、網絡信息、實驗室管理、教學評價等方面進行建設[14]，為中學生提供一個開放、靈活、個性化的學習空間，在優化和發展核化學實驗教學的同時，將中學生綜合素養培養與社會人才需求相結合。
目前，開放式核化學虛擬仿真實驗正處于試驗教學階段，基于該平臺，已成功申報2項教學教改項目和1項國家級學院生創新實驗項目；從第一學期的試驗教學來看，中學生選課、上課積極，療效明顯；中學生評價高：很喜歡這些開放、自主的實驗方法和考核形式，認為公正、有發揮空間（學生評語）。在后續工作中我們示范中心將繼續堅持該教學模式并加以推廣，舉辦更多探究項目和創新活動，促進創新型人才培養。
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