核工程與核技術專業課程設計教學探究

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1核工程與核技術專業課程設計教學改革目標

根據核工程與核技術專業的培養目標,結合南華大學該專業的辦學特色,從教學中存在的實際問題出發,本著“真題真做,環環相扣”的教學思路,與工程實際緊密結合,讓學生掌握核工程計算設計與核儀器研制設計的基本方法,培養學生綜合運用理論知識和解決實際問題的能力,使學生的理論知識得到深化,綜合設計能力全面提升。在完成教學任務的基礎上,培養學生具有一定的自學能力、獨立分析問題和解決問題能力,學會常用環境放射性測量儀器的正確使用方法;并通過嚴格的科學訓練和工程設計實踐,樹立嚴肅認真、一絲不茍、實事求是的科學作風,并培養學生具有一定的生產觀點、經濟觀點、全面觀點及團結協作的精神。結合該校核工程與核技術專業的多年課程設計經驗,構建一個結構合理、特色鮮明的核工程與核技術專業課程設計實踐教學體系;并編寫核工程與核技術專業課程設計指導書一份。

2核工程與核技術專業課程設計教學改革內容

為了完成核工程與核技術專業課程設計教學改革目標,具體改革內容如圖1所示,調查分析國內核工程與核技術專業課程設計的現狀,結合該校的實際情況明確課程設計改革實踐的方向和重點;在已有核工程與核技術實踐教學示范中心的基礎上,開展包括硬件條件、軟件設施、師資隊伍在內的課程設計實踐基地建設,及包括課程設計內容形式多樣化和基于項目實踐的教學方式改革等的課程設計實踐教學體系建設;編寫核工程與核技術專業課程設計指導書一份;最終構建課程設計實踐教學體系。

2.1課程設計實踐基地建設

南華大學核工程與核技術實踐教學示范中心包括專業基礎和應用實驗室,其中專業基礎實驗室包括核電子學、核輻射探測、放射化學實驗室,應用實驗室包括核技術及應用、核仿真、輻射劑量實驗室。示范中心實踐教學特色鮮明,具備核科學與技術一級學科碩士點、核技術及應用博士點、核科學與技術一級學科博士后科研流動站。在已有核工程與核技術實踐教學示范中心的基礎上,開展包括硬件條件、軟件設施、師資隊伍在內的課程設計實踐基地建設。(1)軟、硬件條件建設。2014年8月,該校核能與核技術工程虛擬仿真實驗教學中心,成為南華大學首個獲批省級虛擬仿真實驗教學中心,可推動課程設計教學改革與創新,提高南華大學核類及相關專業課程設計教學科研水平,增強科研成果轉化能力,創新人才培養模式,提升學生的綜合實踐能力,進一步推動“產學研用”一體化進程。2014年12月,南華大學核科學技術學院之核能與核技術工程虛擬仿真實驗教學中心入選為2014年國家級虛擬仿真實驗教學中心。國家級虛擬仿真實驗教學中心將建成基于實驗室局域網的虛擬仿真實驗課程體系,基于校園網環境的虛擬仿真實驗教學平臺以及基于Internet網環境的虛擬仿真教學平臺,完善已有虛擬仿真課程設計課程及項目,達到能在實驗室局域網條件下滿足專業課程設計教學要求,實現核能工程、核技術應用類虛擬仿真軟件與云平臺的有機結合,為將來該校以及其他高校核類及相關專業虛擬仿真課程設計教學起到示范和共享作用。軟件設施方面,已經具備課程設計相關Multisim、Proteus、Protel、Labview、Mcnp、Root、Matlab等軟件。同時一方面將NJOY、CITATION、SCALE、DRAGON等核能與核技術工程方面的專業軟件用于課程設計教學,讓學生掌握最為實用的科研程序;另一方面又自主開發基于三角剖分的二維特征線程序TSMOC,可求解次臨界系統高次Alpha本征函值HARMONY程序,可用于百萬居里級大型鈷源輻照裝置快速優化排源程序SPA等軟件系統。實現了課程設計教學與科研相輔相成,達到了科教相長的有益互補。(2)師資隊伍建設。師資隊伍建設方面,以引進、自培、在職進修方式提升師資隊伍學歷水平,并聘請國內著名核科學與技術專家為中心兼職教授。一方面每年新進博士、博士后等人才;另一方面,學院與核工業相關單位展開密切合作,如與國家核電技術有限公司下設的國核大學簽訂了長期人才合作協議,定期委派教師外出參加培訓和交流;鼓勵年輕教師讀博、出國深造、外出進修學習及參加學術會議;學院領導班子積極聯系資深院士、研究員等來該校進行學術講座與交流;同時鼓勵教師寫好中長期發展計劃,提供良好的科研和教學平臺;并結合實際,認真抓好德、能、勤、績全面考核,考核結果與崗位津貼、職稱評定、評先評優掛鉤。

2.2課程設計實踐教學體系建設

(1)課程設計內容形式多樣化。核工程與核技術專業課程設計內容形式多樣化。如基于Multisim/Proteus的核儀器電子學仿真,基于Protel的核儀器PCB制作、LabVIEW虛擬儀器設計、蒙特卡羅軟件仿真計算,基于ROOT的數據分析與模擬計算、Matlab軟件反應堆控制仿真、x射線產生截面計算與穆斯堡爾譜分析等。(2)基于項目實踐的教學方式。理論教學與實驗教學相結合,引入基于項目實踐的教學方式,作為課堂教學與實驗的有機補充。通過引入基于項目實踐的教學方式,引導學生自主發現問題、解決問題,培養學生的創新能力、動手能力與團隊合作精神。基于項目實踐的教學方式研究,確定不同課程設計內容的具體項目,如核儀器電子學仿真與制作,可選項目基于Multisim的電壓前置放大器仿真與設計,基于Protel的單道脈沖幅度分析器制作,基于Proteus的定標器仿真等;蒙特卡羅軟件仿真計算,可選項目基于Mcnp的反應堆堆芯模擬,基于Mcnp的NaI探測器探測效率計算等。

3課程設計教材編定

參考其他相近工科專業比較成熟的課程設計指導教材(如電子技術、單片機課程設計指導書),根據課程設計過程基于項目實踐的教學方式,采用不同的課程設計實踐教學內容分章編寫的方法,結合教師、學生對課程設計的反饋意見,經過“分工、整合、修正”一系列步驟,編寫核工程與核技術專業課程設計教材一套。結合課程設計老師的教學經歷和模式,目前《“核工程與核技術專業”綜合課程設計指導書》初版已經出爐,下設“基于Multisim的電路仿真”、“基于Proteus核儀器設計與仿真”、“基于ROOT的數據分析與模擬計算”、“基于MATLAB的核信號處理與仿真”、“穆斯堡爾譜擬合程序MSU8.EXE的應用”、“X射線產生截面的計算”、“壓水堆單通道熱工水力程序開發”、“基于MCNP的輻射屏蔽仿真與計算”、“基于MCNP的壓水堆刪元、組建、堆芯的中子學參數計算”九個章節。課程設計教材的編訂,使核工程與核技術專業學生在掌握理論知識的基礎上加強動手實踐及綜合應用能力的培養,同時也是對教學內容做一定的擴充,要求掌握MCNP、MATLAB、Multisim、Proteus等工具軟件的使用,提高和培養學生運用所學知識分析問題、解決問題的能力以及編寫應用程序的能力。

4結語

課程設計實踐教學是培養學生創新能力、實際動手能力和綜合素質的一個重要環節。核工程與核技術專業課程設計教學改革將有利于培養學生綜合分析、開發創新和工程設計的能力,提高課程設計的質量與效果,強化核工程與核技術專業學生的工程實踐,同時將為該校以及其他高校核類及相關專業的課程設計實踐教學起到示范作用。

作者:劉麗艷 趙修良 屈國普 程品晶 周超 李小華 單位:南華大學核科學技術學院