核反應堆熱工課程教學探索

凌永生　賈文寶

摘 要：核反應堆熱工本科專業(yè)是核工程與核技術的核心專業(yè)課之一。核反應堆熱工分析是一門工程性較強的課程，它著重講述了反應堆熱工的基礎理論和一些分析、計算方法。該文通過結合核反應堆熱工課程的多年教學實踐，利用抓好緒論課教學、使用好多媒體課件以及豐富的課程設計等手段，使學生們既了解了反應堆穩(wěn)態(tài)工況下的工作情況以及在瞬態(tài)工況下的變化特點，又能訓練和培養(yǎng)獨立分析問題的技能和能力，為學生在畢業(yè)后從事核反應堆安全分析和設計運行等工作打下堅實的理論基礎并提供有益的工程借鑒，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：核反應堆 熱工水力 教學 探索

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）09（a）-0113-02

核反應堆熱工本科專業(yè)是核工程與核技術的核心專業(yè)課之一。核反應堆熱工是一門工程性較強的課程，它著重講述了反應堆熱工的基礎理論和一些分析、計算方法，是核能科學與工程專業(yè)方向的一門專業(yè)主干課程。核反應堆熱工課程實際上是一門較難的課程，因為它要求的課程基礎較多，課程內容較為復雜抽象，能實踐的內容較少。因此，各大開設核專業(yè)的高校對這么課程的教學都十分重視，如何能較好的開展核反應堆熱工課程的教學已經成為高校教育中的一個難題。該文結合核反應堆熱工課程的教學實踐，通過教學內容的編排、教學模式的改善開展了一些教學的創(chuàng)新探索，收獲了一定的效果。

1 核反應堆熱工課程概況

核反應堆熱工課程是核工程專業(yè)的必修課，其的性質和任務是分析燃料元件內的溫度分布、冷卻劑的流動和傳熱特性以及預測在各種運行工況下反應堆的熱力參數，以及在各種瞬態(tài)和事故工況，壓力、溫度、流量等熱力參數隨時間變化的過程。要求學生前修課程包括反應堆物理分析、核反應堆工程原理、流體力學、傳熱學、高等數學、數值分析等。核反應堆熱工課程的主要教學內容包括堆的熱源及其分布、堆的傳熱過程、堆內流體的流動過程及水力分析、堆芯穩(wěn)態(tài)熱工分析及堆芯瞬態(tài)熱工分析，此外還要求學生對傳熱學方面的知識非常了解。該課程40個學時，占2.5個學分，一般上課人數為40～50人。開設該課程的目的在于培養(yǎng)學生能夠掌握反應堆領域熱工水力學的基本分析方法，運用先修課程流體力學、傳熱學、工程熱力學和反應堆物理中學到的基本概念、基本公式和基本結論，以壓水堆堆芯為主要分析對象，達到既了解反應堆穩(wěn)態(tài)工況下的工作情況以及在瞬態(tài)工況下的變化特點，又能訓練和培養(yǎng)獨立分析問題的技能和能力。通過該課程的學習為學生在畢業(yè)后從事核反應堆安全分析和設計運行等工作打下堅實的理論基礎并提供有益的工程借鑒。

核反應堆熱工課程的主要特點有以下幾方面。

（1）課程基礎多。熱工課程不僅要求學生對核反應堆無力分析的知識非常了解，還需要掌握核反應堆工程的專業(yè)知識，在具體的知識點學習中，還需要了解傳熱學的知識。在進行具體的熱工設計中，還需要流體力學方面的知識，進行計算時，高等數學、線性代數及數值分析等基礎理論的知識也不少。因此，要求如此多的課程基礎，少了任何一門都會使學生覺得此課程非常的有難度。

（2）課程內容抽象。從以上的介紹可以看出，課程中的許多內容涉及到很多基本概念和公式，在一一進行推導的時候十分的枯燥，難以引起學生的興趣。而且，課程的內容一環(huán)套一環(huán)，如果剛開始的課程學生沒有認真的學習，出現(xiàn)脫節(jié)現(xiàn)象，到后面的章節(jié)，學生學習起來難度將非常大。這也就導致學生在后面的學習失去了學習的熱情和信心。

（3）實踐的環(huán)節(jié)少。因為課程內容涉及到熱工水力和反應堆，但無論是流體力學還是反應堆，學校都不具備進行實驗的條件，這也就給本來枯燥、難度較大的教學內容帶來了更打的困難。

針對以上核反應堆熱工課程的特點，在教學過程中，我們采取了一些創(chuàng)新的教學探索，以期實現(xiàn)提高學生學習興趣，改善教學效果的目的。

2 教學創(chuàng)新探索

針對核反應堆熱工課程的特點，在教學過程中，通過以下幾個方面展開了教學創(chuàng)新探索。

2.1 抓好緒論課的教學

緒論課是教學的起點，有非常確定的目標，具有非常強的導向性。教師只有對課程的理解、掌握和控制到達了一定程度，才能在緒論課上將學生對教材的學習起到引領、提示和導向等作用，可以啟發(fā)學生對課程的興趣。通過緒論課使學生對這門課程的整體框架建立一個初步感觀，了解學習內容、明確學習方向、掌握學習方法、認識課程的前沿動態(tài)，進一步解決“為何學、學什么”和“如何學”三個問題，從而充分調動他們日后學習該課程的積極性。盡管每門課程的內容都不盡相同，但緒論課的主要的模式大致相同。緒論課的授課方式主要有以下幾個特點：從整體上介紹本課程、緒論課的內容求全不求精以及緒論課授課形式以老師講授為主。

俗話說得好：“良好的開端是成功的一半”。結合多年的教學經驗深刻體會到緒論課的重要性，可以說上好了緒論課，這個學期的教學就成功了一半。由于緒論課在整個課程內容中的特殊性，采取以上教學形式可以對學生進行有效引導，使學生快速地明白本課程的主旨和篇章結構，熟悉教材的知識系統(tǒng)，發(fā)揮主動學習課程的積極性，初步了解本課程的一般理論和研究方法[1-2]。但對于課程內容較為復雜、抽象和枯燥的課程，采取這種方式來組織緒論課的教學，未必能取得較好的效果。核反應堆熱工這門課程主要涉及到傳熱學、熱工水力、核反應堆物理分析等相關內容，各種物理原理、化學方法完全靠語言上的講解十分的枯燥，完全采用老師講授的方式，學生聽起來費勁，效果也很差。因此，有必要重新考慮核反應堆熱工緒論課的組織形式。通過認真的調研，本課程從重新編排緒論課的教學內容和調整緒論課的教學模式等方面對緒論課的教學進行了創(chuàng)新探索。

由于核反應堆熱工課程的內容十分的龐雜，要想在短短的2個學時內，將這些內容面面俱到的一一介紹，有一定的難度，也沒有必要。因此在本課程的編排上，必須對本課程的教學內容進行精簡，重新編排教學內容的原則是以點帶面。由于學生在前面的課程里已經上過一些專業(yè)課，對核反應堆物理分析的基礎知識有了一定的了解，因此這部分的內容可以有一定的刪減，既能對知識進行回顧，又要能引起學生們的興趣，這是對這部分內容的編排要求。對于后面具體的課程專業(yè)知識介紹，則挑重點介紹，而不是一一涉及。這樣重新編排緒論課的教學內容既繼承了傳統(tǒng)緒論課授課方式的優(yōu)點，又在這個基礎上有新的突破。學生們聽起來既不會為龐雜而系統(tǒng)的知識感到厭倦，同時有興趣的知識點的深入探討又會引起他們足夠的興趣。雖然重新編排了教學內容，還是不能從根本上解決緒論課冗長的難題。因此，本課程也借鑒了研究型教學的模式。研究型教學是指在教學環(huán)節(jié)與過程中，有效促進教師主導地位與學生主體地位的雙向互動、并有機融合課程大綱與內容、研究選題與實踐、學生個性興趣與專業(yè)發(fā)展的多維統(tǒng)一從而教學相長的新型教學方式與課改實踐[3-4]。

2.2 使用好多媒體課件

多媒體課件是將文字、圖形、聲音、動畫、影像等多種媒體融為一體，將其于教學中，可以節(jié)省教師板書、畫圖等大量的時間，在相同的時間單元，可以給學生提供更多更大的信息量，拓展了學生的視野和思維，是傳統(tǒng)的“黑板+粉筆+教材”教學方法無法比擬的，而且顯示出了巨大的優(yōu)勢。多媒體課件輔助教學在推動教育教學現(xiàn)代化、提高課堂教學效果等方面所起的積極作用是無可厚非[5]。在核反應對熱工課程中，使用多媒體課件尤其是視頻資料是非常適合的。因為在反應堆熱工課程中，許多熱工水力的原理及實驗是暫時沒有條件在現(xiàn)場或是實驗室展示的，因此通過視頻的方式來展現(xiàn)就變得尤為重要了，例如核電站核島內一回路管道、二回路管道內流體流動以及溫度分布等特點，通過講述的方式難以理解，而如果引入視頻的方式來展現(xiàn)就會變得特別直觀，易于學生理解。但多媒體課件的使用也存在一些問題，例如課程中視頻的時間不能過長，否則學生只看視頻的話，雖然印象深刻，但對于原理性的內容的理解反而不容易。

2.3 做好課程設計

核反應堆熱工課程內容非常多，需要檢驗學生對重點知識點的掌握和理解，以及是否有能力對這些知識加以綜合運用，解決核反應堆熱工中的問題。課程設計是一個非常好的選擇，通過課程設計，可以使學生對課程的內容的理解更為深刻，同時也鍛煉了他們的動手能力。例如，課程設計要求學生針對某壓水堆燃料組件熱工水力穩(wěn)態(tài)特性進行分析計算，通過獨立編程計算鍛煉學生綜合應用課本理論知識的能力和計算機編程能力，為學生畢業(yè)后從事核反應堆程序開發(fā)工作打下基礎。例如，基于課程設計指導書內容，利用單通道模型思想對壓水堆燃料組件的熱工水力特性進行穩(wěn)態(tài)分析計算，要求獨立編程計算，給出計算結果圖，并撰寫課程設計總結報告。例如基于課程設計指導書內容，利用單通道模型思想對壓水堆燃料組件的熱工水力特性進行穩(wěn)態(tài)分析計算，要求獨立編程計算，給出計算結果圖，并撰寫課程設計總結報告。這些都是可以進行的課程設計內容。

3 教學實踐

基于以上的討論，我們展開了對核反應堆熱工課程的教學實踐。在教學實踐的過程中，認真做好緒論課的教學工作。根據學生們反饋，明顯能感覺到學生們對緒論課上教學內容的興趣得到了明顯的提高。在教學實踐過程中，做好多媒體課件的使用工作。很多同學在觀看多媒體課件時，尤其是播放核電站管道系統(tǒng)內流體流動的視頻時，很多同學都非常仔細的觀看。視頻觀看完畢后，有些同學立刻提出了自己的疑問，希望了解核電站內流體流動的具體情況?？梢?，在教師的引導下，學生們會自然而然的對核反應堆熱工課程的內容產生了具體的興趣?？梢?，多媒體課件特別是相關視頻的播放，也對提高學生們的學習興趣發(fā)揮巨大的作用。課程設計過程中，學生們展現(xiàn)的主觀能動性給任課老師也留下了非常深刻的印象，他們不僅學習熱情高，而且在課設過程中往往能有很多意想不到的創(chuàng)新性工作，使得這些課程設計在課程教學過程中發(fā)揮了巨大的作用。

4 結語

核反應堆熱工課程具有一定的難度。該文結合了核反應堆熱工課程的教學實踐，討論了在核反應堆熱工課程中可以采取的創(chuàng)新教學模式。通過抓好緒論課的教學，多媒體課件的使用以及課程設計等手段，提高核反應堆熱工課程的教學質量。實踐結果表明，這些手段都能在核反應堆熱工課程的教學過程中，發(fā)揮正面的作用，起到了良好的效果。

參考文獻

[1] 仝衛(wèi)衛(wèi)，王彩虹.《高等數學》緒論課教學方法淺談[J].中國西部科技，2015，14（1）：97-98.

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[3] 張琳，王佳.高校學科基礎課程研究型教學模式的實踐探索[J].教育教學論壇，2015（18）：113-114.

[4] 胡旭東，曹義，易俊理，等.研究型教學的模式與實踐探討[J].教育教學論壇，2015（1）：129-130.

[5] 李雅麗，薛同蓮，周曉燕，等.多媒體課件輔助教學的有效性研究[J].科技資訊，2010（35）：193-194.