核工程與核技術(shù)專業(yè)課程設(shè)計教學改革

劉麗艷++趙修良等

摘 要：結(jié)合我校核工程與核技術(shù)專業(yè)的多年課程設(shè)計經(jīng)驗，構(gòu)建一個結(jié)構(gòu)合理、特色鮮明的核工程與核技術(shù)專業(yè)課程設(shè)計實踐教學體系，并編寫核工程與核技術(shù)專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書一份。在已有核工程與核技術(shù)實踐教學示范中心的基礎(chǔ)上，開展包括硬件條件、軟件設(shè)施、師資隊伍在內(nèi)的課程設(shè)計實踐基地建設(shè)，及包括課程設(shè)計內(nèi)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(shè)計實踐教學體系建設(shè)。對將來該校以及其他高校核類及相關(guān)專業(yè)的課程設(shè)計實踐教學起到示范作用。

關(guān)鍵詞：核工程與核技術(shù) 課程設(shè)計 改革

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（c）-0174-03

課程設(shè)計是工程類本科教學的重要環(huán)節(jié)，是高校學生理論聯(lián)系實踐的橋梁，是學生綜合運用本專業(yè)課程和已修課程的基礎(chǔ)理論而進行的工程設(shè)計嘗試，是讓學生把課堂理論知識轉(zhuǎn)化為實際工程設(shè)計能力的重要手段。課程設(shè)計是培養(yǎng)大學生創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識的關(guān)鍵過程。通過開展課程設(shè)計訓(xùn)練，能使學生掌握工程設(shè)計主要程序的使用方法和設(shè)計技巧；培養(yǎng)學生獨立思考問題的能力，學習查閱資料的方法；培養(yǎng)學生分析和解決工程實際問題的能力和創(chuàng)新開拓的精神；培養(yǎng)學生掌握放射性測量、數(shù)據(jù)分析的基本方法，訓(xùn)練“分析、觀察、判斷、試驗、再判斷”的方法，提高學生獨立解決實踐問題的能力。課程設(shè)計實踐教學是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力、實際動手能力和綜合素質(zhì)的一個重要環(huán)節(jié)，它在培養(yǎng)學生的科學思維方式、嚴謹工作作風、扎實的專業(yè)知識和實驗技能等能力和素質(zhì)中起著不可替代的作用。

南京師范大學教育科學學院借鑒美國高校學前教育專業(yè)本科課程設(shè)計理念，認為我國高校學前教育專業(yè)課程設(shè)計應(yīng)建立開放性選課體系，增加基礎(chǔ)性閱讀與延伸性閱讀，建構(gòu)有效的學習小組，建構(gòu)多元的課程實踐渠道，增強服務(wù)社會的實踐意識。

天津外國語學院英語學院借鑒了澳大利亞商科課程設(shè)計中的三個方面：學生的需求、教學過程和評估，并結(jié)合ESP課程的特點，將其運用到教學中，取得了良好的教學效果。

哈爾濱工業(yè)大學強盛等在自動控制原理課程設(shè)計過程中要求學生能用經(jīng)典控制理論中頻域法或根軌跡法對實際控制系統(tǒng)進行分析和設(shè)計，并借助計算機仿真軟件Matlab進行輔助設(shè)計，繪制仿真曲線，滿足性能指標的要求。可培養(yǎng)自動化專業(yè)學生將經(jīng)典控制理論應(yīng)用于實際工程項目中。

中國計量學院現(xiàn)代科技學院徐志玲等通過測控專業(yè)課程設(shè)計群的頂層設(shè)計與改革，改變原有課程設(shè)計只考慮單元設(shè)計能力的傳統(tǒng)模式，將項目驅(qū)動教學法應(yīng)用于課程設(shè)計群的教學，把一個完整項目分解成四個模塊進行設(shè)計，不僅培養(yǎng)學生項目開發(fā)的設(shè)計能力，突出項目教學法實踐與研究相融合的教學特點，而且提升學生工程應(yīng)用能力，體現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)特點，整體實施效果好。

河南理工大學吳雪峰等結(jié)合“卓越工程師培養(yǎng)計劃”的基本要求，針對“機械設(shè)計”課程設(shè)計中存在的問題，提出了課程設(shè)計改革的思路，確立了以培養(yǎng)工程師為目標的課程設(shè)計改革思想，對于提升學生的工程實踐認識，培養(yǎng)學生的工程素質(zhì)和工程實踐能力有一定的意義。

高校電子類課程設(shè)計是學生將理論與實踐相結(jié)合的一個重要環(huán)節(jié)，武昌工學院馬華玲針對不同的電子課程使用相關(guān)的仿真軟件（如multisim、proteus、keil、protel），可以預(yù)知設(shè)計的結(jié)果，方便設(shè)計中各種元器件參數(shù)以及錯誤設(shè)計的修改，能形象生動的跟蹤過程，仿真測試通過后再進行實物的硬件和軟件設(shè)計，將獲得事半功倍的效果，有利于提高學生的設(shè)計興趣和設(shè)計效率。

南華大學李小華等從選取課程設(shè)計實踐教學硬件和軟件、選題、教學過程、互動式指導(dǎo)、練習、成績考核及總結(jié)等方面對反應(yīng)堆工程課程設(shè)計教學進行了實踐，初步探索出一種適合我國普通高等學校開展反應(yīng)堆工程課程設(shè)計的實踐教學模式。

該文作者研究了采用Multisim10虛擬仿真軟件應(yīng)用于核電子學課程設(shè)計，進行《核電子學》中各種電路的仿真和分析，可以驗證核儀器研發(fā)過程電路設(shè)計是否有效，功能是否達標，判斷電路的準確性及有效性，有利于培養(yǎng)學生綜合分析、開發(fā)創(chuàng)新和工程設(shè)計的能力。

由于目前市場上沒有正規(guī)出版發(fā)行的核工程與核技術(shù)課程設(shè)計教材，需根據(jù)不同課程設(shè)計內(nèi)容，結(jié)合核專業(yè)特色，選擇合適的課程設(shè)計項目。

1 核工程與核技術(shù)專業(yè)課程設(shè)計教學改革目標

根據(jù)核工程與核技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)目標，結(jié)合南華大學該專業(yè)的辦學特色，從教學中存在的實際問題出發(fā)，本著“真題真做，環(huán)環(huán)相扣”的教學思路，與工程實際緊密結(jié)合，讓學生掌握核工程計算設(shè)計與核儀器研制設(shè)計的基本方法，培養(yǎng)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(shè)計能力全面提升。

在完成教學任務(wù)的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)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(huán)境放射性測量儀器的正確使用方法；并通過嚴格的科學訓(xùn)練和工程設(shè)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(yǎng)學生具有一定的生產(chǎn)觀點、經(jīng)濟觀點、全面觀點及團結(jié)協(xié)作的精神。

結(jié)合該校核工程與核技術(shù)專業(yè)的多年課程設(shè)計經(jīng)驗，構(gòu)建一個結(jié)構(gòu)合理、特色鮮明的核工程與核技術(shù)專業(yè)課程設(shè)計實踐教學體系；并編寫核工程與核技術(shù)專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書一份。

2 核工程與核技術(shù)專業(yè)課程設(shè)計教學改革內(nèi)容

為了完成核工程與核技術(shù)專業(yè)課程設(shè)計教學改革目標，具體改革內(nèi)容如圖1所示，調(diào)查分析國內(nèi)核工程與核技術(shù)專業(yè)課程設(shè)計的現(xiàn)狀，結(jié)合該校的實際情況明確課程設(shè)計改革實踐的方向和重點；在已有核工程與核技術(shù)實踐教學示范中心的基礎(chǔ)上，開展包括硬件條件、軟件設(shè)施、師資隊伍在內(nèi)的課程設(shè)計實踐基地建設(shè)，及包括課程設(shè)計內(nèi)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(shè)計實踐教學體系建設(shè)；編寫核工程與核技術(shù)專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書一份；最終構(gòu)建課程設(shè)計實踐教學體系。

2.1 課程設(shè)計實踐基地建設(shè)

南華大學核工程與核技術(shù)實踐教學示范中心包括專業(yè)基礎(chǔ)和應(yīng)用實驗室，其中專業(yè)基礎(chǔ)實驗室包括核電子學、核輻射探測、放射化學實驗室，應(yīng)用實驗室包括核技術(shù)及應(yīng)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(shù)一級學科碩士點、核技術(shù)及應(yīng)用博士點、核科學與技術(shù)一級學科博士后科研流動站。

在已有核工程與核技術(shù)實踐教學示范中心的基礎(chǔ)上，開展包括硬件條件、軟件設(shè)施、師資隊伍在內(nèi)的課程設(shè)計實踐基地建設(shè)。

（1）軟、硬件條件建設(shè)。

2014年8月，該校核能與核技術(shù)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(shè)計教學改革與創(chuàng)新，提高南華大學核類及相關(guān)專業(yè)課程設(shè)計教學科研水平，增強科研成果轉(zhuǎn)化能力，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，提升學生的綜合實踐能力，進一步推動“產(chǎn)學研用”一體化進程。

2014年12月，南華大學核科學技術(shù)學院之核能與核技術(shù)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(wǎng)的虛擬仿真實驗課程體系，基于校園網(wǎng)環(huán)境的虛擬仿真實驗教學平臺以及基于Internet網(wǎng)環(huán)境的虛擬仿真教學平臺，完善已有虛擬仿真課程設(shè)計課程及項目，達到能在實驗室局域網(wǎng)條件下滿足專業(yè)課程設(shè)計教學要求，實現(xiàn)核能工程、核技術(shù)應(yīng)用類虛擬仿真軟件與云平臺的有機結(jié)合，為將來該校以及其他高校核類及相關(guān)專業(yè)虛擬仿真課程設(shè)計教學起到示范和共享作用。

軟件設(shè)施方面，已經(jīng)具備課程設(shè)計相關(guān)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(shù)工程方面的專業(yè)軟件用于課程設(shè)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(fā)基于三角剖分的二維特征線程序TSMOC，可求解次臨界系統(tǒng)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(yōu)化排源程序SPA等軟件系統(tǒng)。實現(xiàn)了課程設(shè)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(shè)。

師資隊伍建設(shè)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(nèi)著名核科學與技術(shù)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(yè)相關(guān)單位展開密切合作，如與國家核電技術(shù)有限公司下設(shè)的國核大學簽訂了長期人才合作協(xié)議，定期委派教師外出參加培訓(xùn)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(shù)會議；學院領(lǐng)導(dǎo)班子積極聯(lián)系資深院士、研究員等來該校進行學術(shù)講座與交流；同時鼓勵教師寫好中長期發(fā)展計劃，提供良好的科研和教學平臺；并結(jié)合實際，認真抓好德、能、勤、績?nèi)婵己?，考核結(jié)果與崗位津貼、職稱評定、評先評優(yōu)掛鉤。

2.2 課程設(shè)計實踐教學體系建設(shè)

（1）課程設(shè)計內(nèi)容形式多樣化。

核工程與核技術(shù)專業(yè)課程設(shè)計內(nèi)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(shè)計、蒙特卡羅軟件仿真計算，基于ROOT的數(shù)據(jù)分析與模擬計算、Matlab軟件反應(yīng)堆控制仿真、x射線產(chǎn)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(jié)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(dǎo)學生自主發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，培養(yǎng)學生的創(chuàng)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(shè)計內(nèi)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(shè)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(yīng)堆堆芯模擬，基于Mcnp的NaI探測器探測效率計算等。

3 課程設(shè)計教材編定

參考其他相近工科專業(yè)比較成熟的課程設(shè)計指導(dǎo)教材（如電子技術(shù)、單片機課程設(shè)計指導(dǎo)書），根據(jù)課程設(shè)計過程基于項目實踐的教學方式，采用不同的課程設(shè)計實踐教學內(nèi)容分章編寫的方法，結(jié)合教師、學生對課程設(shè)計的反饋意見，經(jīng)過“分工、整合、修正”一系列步驟，編寫核工程與核技術(shù)專業(yè)課程設(shè)計教材一套。

結(jié)合課程設(shè)計老師的教學經(jīng)歷和模式，目前《“核工程與核技術(shù)專業(yè)”綜合課程設(shè)計指導(dǎo)書》初版已經(jīng)出爐，下設(shè)“基于Multisim的電路仿真”、“基于Proteus核儀器設(shè)計與仿真”、“基于ROOT的數(shù)據(jù)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(yīng)用”、“X射線產(chǎn)生截面的計算”、“壓水堆單通道熱工水力程序開發(fā)”、“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(shù)計算”九個章節(jié)。

課程設(shè)計教材的編訂，使核工程與核技術(shù)專業(yè)學生在掌握理論知識的基礎(chǔ)上加強動手實踐及綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)，同時也是對教學內(nèi)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(yǎng)學生運用所學知識分析問題、解決問題的能力以及編寫應(yīng)用程序的能力。

4 結(jié)語

課程設(shè)計實踐教學是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力、實際動手能力和綜合素質(zhì)的一個重要環(huán)節(jié)。核工程與核技術(shù)專業(yè)課程設(shè)計教學改革將有利于培養(yǎng)學生綜合分析、開發(fā)創(chuàng)新和工程設(shè)計的能力，提高課程設(shè)計的質(zhì)量與效果，強化核工程與核技術(shù)專業(yè)學生的工程實踐，同時將為該校以及其他高校核類及相關(guān)專業(yè)的課程設(shè)計實踐教學起到示范作用。

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