本实验秉持立德树人的核心思想，凸显以学生为主体的教学理念，通过虚拟仿真建立的基于真实场景的沉浸体验环境，使学生身临其境、循序渐进地经历“基本认知和基础理论掌握、分析设计水平和专业素养构筑、创新思维和实践能力提升”的学习实践过程。完成“认知→训练→探索”三个层次的实践和锻炼，如图所示。具体教学目标包括：

1.海运LNG场景认知环节：使学生获得LNG物理化学性质、LNG船舶类型、LNG深冷系统构成、LNG安全管控等要素的基本认知，对海运LNG各环节和特点产生概念性认识。加强对能源装备和材料物性等理论知识点的掌握，加强对LNG储运工艺环节的掌握。

2.液罐和管道系统保冷性能分析环节：使学生掌握不同绝热材料对设备保冷性能的影响，建立对导热系数的量化概念。熟悉保冷层厚度、层类型等结构因素对设备保冷性能的影响规律，掌握多层壁热传导的计算方法。熟悉风力等级、太阳辐射等环境因素对设备保冷性能的影响，能面向特定海况环境对特定部件进行针对性保冷设计。使学生建立在分析中考虑多种不同因素的系统性思维方法，形成针对不同需求进行灵活设计的能力基础。加强对流体流动、热量传递等理论知识点的掌握，加强对能源设备设计原理和方法的掌握，加强对学生面向特定外部环境改进优化系统能力的培养。

3.双燃料船深冷系统综合设计和风险管控环节：通过设置现实海运航线案例（海域、纬度、风力、辐射）引导学生对双燃料船LNG深冷系统进行综合设计，确定材料、结构等多种参数。训练学生对LNG系统进行风险管控的能力，培养提升创新意识和创新思维。

4.通过知识提示、拓展阅读、方案迭代、风险管控等过程，将课程思政润物细无声地融入实验教学中，充分塑造学生的爱国情怀、使命担当、责任意识，激发学生投身能源强国、海洋强国和创新强国建设的热情和自豪感。

（1）实验原理

实验设计了由浅入深、层层递进的三个环节，三个环节前后衔接又可保持相对独立，总体实验原理如图所示。

环节一：海运LNG场景认知

在虚拟的远洋双燃料船LNG深冷系统场景中，应用沉浸体验方式使学生身临其境地观察LNG船舶结构，了解甲板-机舱、液罐-管道、预警-消防等各部分构成和工作原理；通过知识角，学习LNG和天然气的热物理性质和化学性质，对其危险性产生足够认知，强化安全责任意识；通过图像画面，感受LNG海运面临的温度、海浪、风速等外部环境特征和封闭舱室、甲板围堰等内部环境特征，体会LNG海上安全储运需应对的挑战；运用观察法学习液罐和管道区域安全管控系统构成要素。

环节二：液罐和管道保冷性能实验

采用任务驱动方式，引导学生开展液罐和管道冷防护实验和分析：

针对液罐的冷防护性能：根据给定的容量和海况环境约束，进行绝热材料选择、保冷层构成测试、面向风力和辐射的适应性测试。

针对管道的冷防护性能：根据系统给定的管径、海况和机舱环境约束，进行绝热材料选择、保冷层构成测试、面向风力和辐射的适应性测试。

冷防护性能分析中，根据给定的容量和环境约束，面向整体冷损失和外壁面温度的限定条件，对材料、壁厚、构成进行分析和检验，采用控制变量法，学习壁厚和环境条件对热阻的影响，采用对比法，学习材料和壁面构成对热阻的影响。

环节三：双燃料船深冷系统综合设计和风险管控

采用容错探索方式，引导学生面向现实海运航线，对双燃料船深冷系统进行综合设计，对LNG区域实施安全风险管控、其中：

采用案例分析法，围绕“中国-澳东”航线，面向台风、赤道辐射等极端海况环境，对深冷系统进行综合设计，确定绝热材料、保冷层构成和厚度等设计要素，使冷损失、外表面温度控制在允许范围内。

面向双燃料船可能面对的天然气泄露扩散风险，在甲板区域设置气体探测器、烟雾报警器、甲板消防栓等安全基础设施，系统对不同事故等级下，管控措施的科学性进行评价，并给出合理化建议。

本虚拟仿真实验教学综合采用了观察法、对比法、控制变量法、案例法和动画法，目的在于加强学生对相关知识点的理解和掌握。具体说明如下：

观察法：在海运LNG场景认知环节中采用了观察法。系统对海上航行的双燃料船舶、甲板、机舱、深冷液罐-管道系统等元素进行100%仿真还原，学生通过鼠标和键盘操作，可在区域内进行游览，近距离观察上述结构，结合相关设施的介绍，使学生了解其原理和功能。同时对海运的温度、风力、太阳辐射等荷载条件进行可视化处理，使学生对海运环境产生深刻认知。

对比法：在实验的三大主体环节中均使用了对比法。海运LNG场景认知环节中，学生对薄膜式和球罐式LNG运输船、双燃料船进行对比，学习几种船型的功能和特点；深冷液罐-管道保冷性能分析环节中，学生对不同的绝热材料进行对比，学习导热系数的大小对保温性能的影响。

控制变量法：在液罐-管道保冷性能分析实验环节中运用控制变量法。在液罐保冷分析中，学习保冷层厚度和层数对保冷性能的影响。在管道保冷分析中，学习保冷层厚度、功能层设置对保冷性能的影响，同时学习管径对保冷性能的影响。进一步，学习风力等级和太阳辐射对液罐保冷性能的影响，学习机舱环境热载荷对管道保冷性能的影响。

案例法：在双燃料船深冷系统综合设计和风险管控环节中运用案例法。设定“中国-澳东航线”航行任务作为具体案例，学生针对航线面临的海区、台风、赤道辐射等极端环境，对LNG深冷系统进行综合设计。