四川大學(xué)核工程與核技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與規(guī)劃

陳秀蓮，劉 軍，覃 雪，周 榮

四川大學(xué)核學(xué)科始建于1958年,是國內(nèi)較早開辦核專業(yè)的幾所高校之一。四川大學(xué)核工程與核技術(shù)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)著核學(xué)院本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)。根據(jù)教育部“高等學(xué)校核工程與核技術(shù)專業(yè)教學(xué)規(guī)范”,應(yīng)全面提高實(shí)驗(yàn)課程的地位,合理搭建理論課程與實(shí)驗(yàn)課程的聯(lián)系架構(gòu),注重發(fā)揮學(xué)生的主體作用,為學(xué)生個性發(fā)展提供更大空間。目前全面介紹核工程與核技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)[1-4]建設(shè)的文獻(xiàn)不多,本文分析四川大學(xué)核工程與核技術(shù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)階段建設(shè)情況,提出未來5年實(shí)驗(yàn)室整體發(fā)展規(guī)劃[5-8],不斷加強(qiáng)對實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法以及實(shí)驗(yàn)室管理的研究和改革,以適應(yīng)飛速發(fā)展、日新月異的核科技,從而培養(yǎng)出 “具有深厚人文底蘊(yùn)、扎實(shí)專業(yè)知識、強(qiáng)烈創(chuàng)新意識、寬廣國際視野的國家棟梁和社會精英”[9]。

1 當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室建設(shè)情況

1.1 實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置介紹

2010～2013年,在學(xué)校985專業(yè)實(shí)驗(yàn)建設(shè)項(xiàng)目的支持下,核工程與核技術(shù)實(shí)驗(yàn)建設(shè)主要完成了健全實(shí)驗(yàn)課程門類的建設(shè)任務(wù),新建設(shè)了反應(yīng)堆物理模擬實(shí)驗(yàn)與輻射劑量與防護(hù)實(shí)驗(yàn)2門課程,改造和豐富了核電子學(xué)實(shí)驗(yàn)、輻射探測實(shí)驗(yàn)與核物理與核技術(shù)實(shí)驗(yàn)3門課程,并編寫了相應(yīng)實(shí)驗(yàn)課程指導(dǎo)教材,滿足了核專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本需求。此外,調(diào)整了部分實(shí)驗(yàn)課上課時間：核電子學(xué)實(shí)驗(yàn)、輻射劑量與防護(hù)實(shí)驗(yàn)分別與相應(yīng)理論課程同步進(jìn)行,輻射探測實(shí)驗(yàn)、核物理與核技術(shù)實(shí)驗(yàn)和反應(yīng)堆物理模擬實(shí)驗(yàn)在相應(yīng)理論課結(jié)束的下一學(xué)期開放。

1.2 實(shí)驗(yàn)室安全

實(shí)驗(yàn)室安全是實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科學(xué)研究順利進(jìn)行的保障[10-11]。實(shí)驗(yàn)室安全包括人員安全和儀器安全。在2014年門禁系統(tǒng)啟用后,實(shí)驗(yàn)室開始全面實(shí)施安全準(zhǔn)入制度,所有進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室人員都進(jìn)行了安全培訓(xùn)并參加筆試,考試合格后,實(shí)驗(yàn)員為其 “一卡通”開放門禁權(quán)限允許進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。安全準(zhǔn)入制度的實(shí)施,大大增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)人員對安全的重視,實(shí)驗(yàn)室安全系數(shù)有了很大提高,為開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式提供了安全保障。

1.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式建設(shè)

秉著 “學(xué)以致用、融會貫通”的培養(yǎng)目標(biāo),結(jié)合現(xiàn)階段實(shí)驗(yàn)教師不足,儀器臺套數(shù)不夠等具體情況,針對核專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程提出 “以學(xué)生為主的開放互動性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式”。實(shí)驗(yàn)課程只有明確的實(shí)驗(yàn)大綱和相關(guān)要求,沒有規(guī)定的實(shí)驗(yàn)教材,沒有現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。學(xué)生分組、分階段進(jìn)行,整個過程開放式管理,不設(shè)固定實(shí)驗(yàn)時間,以時間換取空間,提高儀器的利用效率。

第一輪,每組學(xué)生在教師的指導(dǎo)下負(fù)責(zé)一個實(shí)驗(yàn),自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、自主搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、自主測量數(shù)據(jù)和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。最終各組學(xué)生匯總答辯并展示實(shí)驗(yàn)報(bào)告,給出組成績。實(shí)驗(yàn)周期為一個月,學(xué)生對所選實(shí)驗(yàn)有深刻認(rèn)識,為第二輪實(shí)驗(yàn)開展奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。

第二輪以學(xué)生互教為主,教員組負(fù)責(zé)指導(dǎo)選修自己負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)的學(xué)員組完成實(shí)驗(yàn),批閱他們的實(shí)驗(yàn)報(bào)告并給出學(xué)員成績。學(xué)員組對指導(dǎo)自己的教員組的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)做出評價,給出教員成績。最終實(shí)現(xiàn)“寓學(xué)于教”。

第三輪為自主實(shí)驗(yàn)階段,學(xué)生可以選擇其他沒做過的實(shí)驗(yàn),也可以做一些以第一、第二階段實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)。每組 (或個人)根據(jù)情況,自由選擇。這個階段,學(xué)生對常用儀器有了一定認(rèn)識,直接由指導(dǎo)老師負(fù)責(zé)指導(dǎo)。

成績評定采取 “個人+集體”的評分方式,按下述公式計(jì)算：

組成績A×組員人數(shù)R×貢獻(xiàn)因子Wj+教員成績+學(xué)員成績+第三輪成績 (10)

其中,貢獻(xiàn)因子Wj是貢獻(xiàn)因子,體現(xiàn)了學(xué)生個人在團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)全過程中的貢獻(xiàn)大小。同組學(xué)生貢獻(xiàn)因子之和為1,它確定每個學(xué)生成績的關(guān)鍵和難點(diǎn)。新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式增強(qiáng)了個人參與度評價和學(xué)生之間的互相監(jiān)督,有效提高了學(xué)生自覺學(xué)習(xí)的積極性和主動性,可以避免抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告的現(xiàn)象。

針對此次實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革,2013年學(xué)校教學(xué)督導(dǎo)組進(jìn)行了全程 (改革方案介紹、開題報(bào)告、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場考察、實(shí)驗(yàn)報(bào)告展示)跟蹤,用學(xué)生座談、訪談的方法對改革方案、實(shí)施情況及效果進(jìn)行了專題調(diào)研。學(xué)生反映：“這是一次翻天覆地的變化”“以前我們是實(shí)驗(yàn)方案的執(zhí)行者,現(xiàn)在變成了設(shè)計(jì)者,鍛煉了能力” “能得到全方位鍛煉”“這次終于不用無聊地抄報(bào)告”“要求按論文格式提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告,很正式,為以后科研作鋪墊,很好!”“當(dāng)教員的感覺與學(xué)員不一樣,責(zé)任更大” “對實(shí)驗(yàn)的想法要多一點(diǎn)”。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式有效提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,增強(qiáng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和團(tuán)隊(duì)精神的培養(yǎng)。

2 未來5年實(shí)驗(yàn)室建設(shè)規(guī)劃

目前互聯(lián)網(wǎng)的流行對傳統(tǒng)教育帶來前所未有的沖擊,網(wǎng)上公開課的廣泛應(yīng)用將教育的競爭推向全球化[12-14]。為適應(yīng)高等教育發(fā)展的新形勢、新要求,在已基本健全實(shí)驗(yàn)課程門類、實(shí)現(xiàn)開放共享的基礎(chǔ)上,核工程與核技術(shù)實(shí)驗(yàn)室提出了未來5年總體建設(shè)理念和改革思路：加大實(shí)驗(yàn)教學(xué)比重,建設(shè)門類齊全,層次豐富,特色鮮明的課程體系,打造安全高效的現(xiàn)代化高水平智慧實(shí)驗(yàn)室。具體規(guī)劃如圖1所示。

圖1 核專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程體系建設(shè)

2.1 豐富核專業(yè)實(shí)驗(yàn)層次

層次教學(xué)[15-16]目前在核專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容上沒有開展。現(xiàn)有核專業(yè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較深,缺少認(rèn)知實(shí)驗(yàn)與理論課程銜接,使理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的人才培養(yǎng)效果打了折扣。為改變這個現(xiàn)狀,擬建設(shè) “科普” “認(rèn)知” “基礎(chǔ)” “綜合” 和 “創(chuàng)新”5個層次的實(shí)驗(yàn)課程體系,涵蓋核物理、核工程、核技術(shù)、核儀器、輻射防護(hù)5個門類的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

核與輻射科普實(shí)驗(yàn),包括4個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。該課程在本科二年級暑期學(xué)期 (學(xué)習(xí)專業(yè)課之前)開出,通過指導(dǎo)學(xué)生測量高空、醫(yī)院、涉核工業(yè)產(chǎn)品以及自然人居環(huán)境中的輻射,初步認(rèn)識輻射的廣泛來源和基本特性。

核與輻射認(rèn)知實(shí)驗(yàn),包括4個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。該課程與原子核物理和輻射探測與測量2門專業(yè)理論課相結(jié)合,根據(jù)理論課上課進(jìn)度開展實(shí)驗(yàn)。認(rèn)知實(shí)驗(yàn)主要通過老師演示和學(xué)生親眼觀察、親手操作放射源和各類輻射探測儀器,使學(xué)生更加形象深刻地理解基本理論知識。

核與輻射基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),包括輻射探測實(shí)驗(yàn)、核電子學(xué)實(shí)驗(yàn)和輻射劑量與防護(hù)實(shí)驗(yàn)3門課程,實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目共20個,屬于核專業(yè)學(xué)生必修課程。本層次從3個方向來增長學(xué)生核知識,培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)興趣。其中,輻射探測實(shí)驗(yàn)使學(xué)生掌握不同探測器的使用方法、不同射線的探測方法、不同輻射參數(shù)的基本測量方法、不同實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基本構(gòu)建方法,培養(yǎng)學(xué)生輻射測量的基本動手能力和實(shí)驗(yàn)技能。核電子學(xué)實(shí)驗(yàn)主要是使學(xué)生掌握核信號處理的各個基本電路單元的工作原理,使用方法和主要特性參數(shù),培養(yǎng)學(xué)生理解、使用、設(shè)計(jì)、調(diào)試、維修核儀器的基礎(chǔ)技能。輻射劑量與防護(hù)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生認(rèn)識輻射劑量與輻射源強(qiáng)度、距離、種類的物理關(guān)系,掌握不同種類輻射劑量的測量方法。

核與輻射綜合實(shí)驗(yàn),包括核物理研究實(shí)驗(yàn)、核技術(shù)分析實(shí)驗(yàn)、核儀器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、核反應(yīng)堆物理實(shí)驗(yàn)和核反應(yīng)堆工程實(shí)驗(yàn)5門課程,實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目共46個。每門實(shí)驗(yàn)課程學(xué)生可根據(jù)興趣選擇其中部分實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。1)核物理研究實(shí)驗(yàn)：學(xué)生通過這門課程掌握復(fù)雜核物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、操作,復(fù)雜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和結(jié)果的分析方法,培養(yǎng)獨(dú)立進(jìn)行核物理實(shí)驗(yàn)研究的思維方式和動手能力。2)核技術(shù)分析實(shí)驗(yàn)：學(xué)生通過這門課程掌握復(fù)雜樣品的測試分析方法和復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)果的分析處理方法,培養(yǎng)獨(dú)立進(jìn)行核技術(shù)分析研究的思維方法和動手能力。3)核儀器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：學(xué)生通過這門實(shí)驗(yàn)課程,掌握核儀器的設(shè)計(jì)、加工、安裝、調(diào)試、維修方法,具備獨(dú)立設(shè)計(jì)研制核儀器的能力。4)核反應(yīng)堆物理實(shí)驗(yàn)：學(xué)生通過這門課程,掌握反應(yīng)堆工程物理參數(shù)的計(jì)算、設(shè)計(jì)和評價方法,為從事反應(yīng)堆設(shè)計(jì)工作打下基礎(chǔ)。5)核反應(yīng)堆工程實(shí)驗(yàn)：通過該實(shí)驗(yàn)課程教學(xué),讓學(xué)生對核反應(yīng)堆熱力學(xué)系統(tǒng)運(yùn)行建立初步的直觀認(rèn)識,了解熱工系統(tǒng)參數(shù)測量技術(shù)和控制方法,提升學(xué)生設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐能力。

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)主要以大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃為載體,實(shí)驗(yàn)室有計(jì)劃、有組織地動員學(xué)生、征集項(xiàng)目、提供指導(dǎo)咨詢、各類實(shí)驗(yàn)測試分析平臺和條件等。

2.2 全面提高管理水平

全面建設(shè)實(shí)驗(yàn)室 “安全管理” “儀器管理”“線上教學(xué)”3大信息化平臺,提升實(shí)驗(yàn)室安全管理水平、儀器使用效率和教學(xué)輻射范圍。

2.2.1 從放射源安全和人員安全兩方面加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室安全管理

1)核專業(yè)實(shí)驗(yàn)室在線安全培訓(xùn)系統(tǒng)。

目前實(shí)驗(yàn)室安全考試采取的是紙質(zhì)考試,每年有260多名學(xué)生進(jìn)出核工程與核技術(shù)系實(shí)驗(yàn)室,且研究生絕大部分時間都在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)學(xué)習(xí)。建立在線實(shí)驗(yàn)室安全學(xué)習(xí)及培訓(xùn)系統(tǒng),方便師生安全培訓(xùn)和測試,學(xué)生和老師每學(xué)期都需要參加培訓(xùn)和測試。安全培訓(xùn)測試與門禁授權(quán)聯(lián)網(wǎng),保證獲得實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入授權(quán)的人員進(jìn)過了有效的安全培訓(xùn),具備了足夠的實(shí)驗(yàn)室安全知識。

2)放射性人員劑量評估系統(tǒng)。

實(shí)驗(yàn)室內(nèi)接觸放射源的主要是教師與研究生、本科生。對于教師,每個季度會有輻射劑量評估。但對于學(xué)生以及來實(shí)驗(yàn)室參觀等人員,目前還沒有在放射性實(shí)驗(yàn)室所受輻射劑量的評估。由于接受的個人劑量的未知,給進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室人員可能造成一定的憂慮心理。該系統(tǒng)充分利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的環(huán)境輻射劑量儀不間斷監(jiān)測數(shù)據(jù)和門禁出入數(shù)據(jù),采用科學(xué)的方法對出入實(shí)驗(yàn)室的人員進(jìn)行個人和群體劑量評估,以掌握實(shí)驗(yàn)室出入人員的劑量數(shù)據(jù),防范輻射安全事故的發(fā)生。

3)放射源智能管理。

由于放射源危害的特殊性,在放射性實(shí)驗(yàn)室中,放射源的監(jiān)管是十分重要。目前實(shí)驗(yàn)室放射源的借用和歸還都需要管理人員紙質(zhì)記錄,工作量極大且容易疏忽,管理人員所受劑量也相對較高。針對這一問題,實(shí)驗(yàn)室擬開發(fā)一套智能的放射源監(jiān)控和監(jiān)管系統(tǒng),既能保證放射源的安全不丟失,又能提高工作效率。相較于傳統(tǒng)的放射源管理,該系統(tǒng)有以下3個特點(diǎn)。①系統(tǒng)安全防護(hù)級別高。系統(tǒng)對放射源進(jìn)行全天候24小時監(jiān)控,監(jiān)測單元對放射源的射線進(jìn)行記錄,若放射源異常、被盜或是非法移動,射線的數(shù)量會迅速下降,進(jìn)而觸發(fā)報(bào)警。②借用放射源更加方便和安全。當(dāng)工作人員需要借用放射源時,向管理人員提出申請,經(jīng)過相關(guān)審核后,管理人員將反饋給工作人員一張IC卡,刷卡進(jìn)入源室,裝有相應(yīng)放射源的監(jiān)測單元會自動打開柜門,工作人員取走或歸還放射源。③記錄無紙化,存儲永久化。管理人員在進(jìn)行借出和收回放射源的操作時,PC客戶端會自動將借用人員的姓名、取放射源和歸還放射源的時間、放射源的種類等信息存檔,并上傳至服務(wù)器進(jìn)行永久保存。因此,放射源的智能管理提高了工作效率,減少了借用和歸還放射源的繁瑣步驟和程序,大大減少了管理人員的工作量。

4)放射性實(shí)驗(yàn)室安全文化建設(shè)。

該項(xiàng)目以趣味性核安全知識競賽和安全宣傳的形式常年定期開展,主要在廣大師生中牢固樹立安全意識,形成注重實(shí)驗(yàn)室安全,防范隱患的文化氛圍,增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室安全運(yùn)行保障。

2.2.2 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室儀器管理、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和考

核的信息化建設(shè)

1)核儀器管理系統(tǒng)。

核儀器的一個重要特點(diǎn)是插件式、模塊化。為提高儀器的使用周轉(zhuǎn)效率,建設(shè)核儀器有序高效網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)儀器使用的網(wǎng)上預(yù)約、歸還、故障登記、維修調(diào)度等功能,充分發(fā)揮和挖掘儀器作為教學(xué)資產(chǎn)的使用效率。

2)實(shí)驗(yàn)課程考核系統(tǒng)。

為促進(jìn)學(xué)生重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié),把實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)分類整理成實(shí)驗(yàn)考核數(shù)據(jù)庫,通過網(wǎng)絡(luò)動態(tài)管理。在實(shí)驗(yàn)課結(jié)束前對學(xué)生進(jìn)行隨機(jī)抽查測試,評估實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果,把控實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。

3)認(rèn)知實(shí)驗(yàn)教學(xué)視頻共享系統(tǒng)。

為提升學(xué)生對專業(yè)基礎(chǔ)知識的掌握,在專業(yè)理論基礎(chǔ)課程開設(shè)的同時,針對所講述的知識點(diǎn),與之并行開設(shè)相應(yīng)的演示性實(shí)驗(yàn),并錄制視頻。學(xué)生在學(xué)習(xí)到這些知識時,可以至少進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室一次,現(xiàn)場觀看實(shí)驗(yàn)演示,并可以通過網(wǎng)絡(luò)隨時查看這些視頻,增強(qiáng)學(xué)生對理論知識的形象化理解。

3 結(jié)束語

隨著時代的發(fā)展,核工程與核技術(shù)實(shí)驗(yàn)室將不斷加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、管理變革,在當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室建設(shè)基礎(chǔ)上,逐步實(shí)現(xiàn)5年建設(shè)規(guī)劃,以期至2020年底,將實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成為國內(nèi)高校一流的核專業(yè)實(shí)驗(yàn)室,以適應(yīng)高等教育發(fā)展的新形勢,從而實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)“具有深厚人文底蘊(yùn)、扎實(shí)專業(yè)知識、強(qiáng)烈創(chuàng)新意識、寬廣國際視野的國家棟梁和社會精英”的光榮使命。

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