核輻射防護課程的教學(xué)改革與創(chuàng)新實踐

呂中良 趙子甲 田立朝

摘要核輻射防護課程是核工程與核技術(shù)專業(yè)的一門必修核心課程，由于教學(xué)過程中需要有效解決學(xué)員的“核恐慌”心理、教學(xué)內(nèi)容的理論深度和實踐環(huán)節(jié)缺乏等現(xiàn)狀，本文探討了如何在結(jié)合當(dāng)前核科技的發(fā)展以及“互聯(lián)網(wǎng)”時代下，對理論和實踐教學(xué)的創(chuàng)新設(shè)計，以解決當(dāng)前存在的學(xué)員學(xué)習(xí)心理、學(xué)習(xí)的主動性、教學(xué)內(nèi)容的深度和實踐創(chuàng)新等問題。

關(guān)鍵詞 核輻射防護 核工程與核技術(shù) 理論教學(xué) 實踐教學(xué)

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.22.037

The Teaching Reform and Innovation Practice of Nuclear Radiation Protection Course

LV Zhongliang， ZHAO Zijia， TIAN Lichao

（College of Arts and Sciences， National University of Defense Technology， Changsha， Hunan 410073）

AbstractThe course of nuclear radiation protection is a compulsory core course for nuclear engineering and technology majors. Due to the need to effectively solve the "nuclear panic" psychology of students， the lack of theoretical depth and practical links in the teaching process，this paper discusses how to combine the current development ofnuclear science and technology and the"Internet" era to innovate the design of theoretical and practical teaching， in order to solve the existing problems of students’ learning psychology， learning initiative， the depth of teaching content and practical innovation.

Keywordsnuclear radiation protection； nuclear engineering and technology； theory teaching； practice teaching

1“核輻射防護”課程教學(xué)現(xiàn)狀

目前，受高校學(xué)時安排的限制等原因，在核輻射防護課程的教學(xué)主要存在有以下幾個方面的問題需要進行改革優(yōu)化：

克服學(xué)員的“核恐慌”心理。由于核工程與核技術(shù)專業(yè)的特殊性以及歷史上幾次重大核事故的影響，核專業(yè)學(xué)員在對核輻射防護等課程的學(xué)習(xí)傾向方面，一方面渴望學(xué)習(xí)到相關(guān)輻射防護的理論知識與防護方法，一方面又由于專業(yè)實踐中存在的放射性等因素，易產(chǎn)生“核恐慌”心理，導(dǎo)致學(xué)員在課程學(xué)習(xí)尤其是課程實踐環(huán)節(jié)，存在恐核或是抵觸心理，影響學(xué)員學(xué)習(xí)的積極性。

在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，目前主要是通過輻射防護專題的相關(guān)計算，例如通過相關(guān)的屏蔽防護材料與幾何的設(shè)計等，或是結(jié)合實驗室內(nèi)的探測設(shè)備或防護服等，進行課程的綜合實踐，在教學(xué)內(nèi)容上如何設(shè)計才能充分調(diào)動核專業(yè)學(xué)員學(xué)習(xí)的積極性，開展與本課程相關(guān)的創(chuàng)新研究或是大學(xué)生創(chuàng)新計劃等也值得開展深入的教改研究。

2“核輻射防護”課程理論教學(xué)的創(chuàng)新設(shè)計

針對當(dāng)前核輻射防護課程教學(xué)中存在的問題，在理論教學(xué)方面，除了一些物理概念上的講授，可開展革新的地方有：

2.1量化輻射水平，理論結(jié)合實踐，克服學(xué)員“核恐慌”心理

在緒論部分、電離輻射的來源與水平、輻射防護體系與基本安全標準這三章的教學(xué)中，結(jié)合身邊的具體實例，舉例說明輻射存在于我們的身邊，并且我們每時每刻都在與輻射打交道，例如在講完天然輻射的來源主要有宇宙射線、宇生放射性核素、地球原生放射性核素三個來源后，可進一步結(jié)合貼近身邊的實際案例，利用多媒體課件的渲染與學(xué)生互動，量化身邊電離輻射的水平，如：宇宙射線的劑量水平可舉例如乘坐一次20小時的飛機所受的劑量約為0.1mSv，宇生放射性核素以及地球原生放射性核素則存在于我們每天所呼吸的空氣、接觸的食物、蔬菜、水果、水源等生活的各方面，如大米和面粉中的含放射性鈾的活度約為0.01Bq/ kg，含放射性的氚約在1Bq/kg～2Bq/kg，每天通過飲水?dāng)z入的放射性鐳226約為0.01Bq/天，通過這些量化的數(shù)字，以圖文并茂的方式進行展現(xiàn)，讓學(xué)員了解我們每天都在與核輻射打交道，我們的身體內(nèi)就可以找到天然的放射性核素，同時結(jié)合課程實踐，安排學(xué)生測量空氣、土壤、水源的放射性劑量，通過理論與實踐結(jié)合，讓學(xué)員真正達到克服“核恐慌”心理的教學(xué)目標。

2.2圍繞核科技前沿設(shè)計探索性問題，增加課程趣味性

為體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的先進性，發(fā)揮核科學(xué)與技術(shù)尖端學(xué)科在國防科技、民用生活領(lǐng)域中的突出作用，教學(xué)內(nèi)容上可以結(jié)合核工程核技術(shù)領(lǐng)域的前沿?zé)狳c問題以作為案例，激發(fā)學(xué)員的積極性，例如結(jié)合目前的大科學(xué)裝置，如高能加速器的輻射防護、先進反應(yīng)堆如加速器驅(qū)動次臨界反應(yīng)堆、磁約束聚變堆、空間核反應(yīng)堆的輻射防護等內(nèi)容，提高學(xué)員學(xué)習(xí)的興趣，同時也激發(fā)出學(xué)員將來投入到核科技前沿問題的研究熱情；在教學(xué)設(shè)計上以大科學(xué)裝置中需要用到的輻射防護相關(guān)知識設(shè)計問題，引導(dǎo)學(xué)生思考并解決，如在第一章輻射與物質(zhì)的相互作用中，在講述完各類粒子與物質(zhì)的相互作用方式后，可結(jié)合目前大科學(xué)工程如加速器驅(qū)動次臨界反應(yīng)堆ADS、質(zhì)子治療，設(shè)計問題引入：ADS和質(zhì)子治療中的強流質(zhì)子加速器輻射大廳中產(chǎn)生的輻射源項有哪些？分別與物質(zhì)相互作用的過程有哪些？在進行相應(yīng)的輻射防護大廳設(shè)計中，又如何選擇相應(yīng)的材料進行輻射防護等，帶著這些大科學(xué)工程中的問題，啟發(fā)學(xué)員利用所學(xué)的理論在探索解決問題的同時，進一步增加了課程的前沿趣味性。

2.3講透物理概念，在應(yīng)用中解剖物理本質(zhì)

2.4聯(lián)系多學(xué)科知識綜合解決問題，體現(xiàn)深度與廣度

核輻射防護課程中物理概念較多，在引導(dǎo)學(xué)員正確理解相關(guān)概念與計算中，還應(yīng)以訓(xùn)練學(xué)生的能力為中心，培養(yǎng)學(xué)生利用扎實的數(shù)理基礎(chǔ)解決問題的能力，因此，在引入問題，或介紹相關(guān)的概念原理后，應(yīng)結(jié)合高等數(shù)學(xué)、數(shù)理方程、反應(yīng)堆物理等知識，開展相關(guān)的計算分析、處理，并對所得結(jié)果進一步地結(jié)合物理層面進行討論。例如在中子劑量的計算與防護中，可結(jié)合反應(yīng)堆課程中的中子擴散方程求解讓學(xué)生獲得核裝置內(nèi)的中子通量分布，再利用求解的中子通量進行中子劑量的計算，通過綜合多學(xué)科專業(yè)的知識實現(xiàn)問題的求解，拔高學(xué)員的輻射防護課程的理論素養(yǎng)。

2.5課堂案例引申變通，設(shè)計習(xí)題

在講授完課堂上的教學(xué)案例后，可圍繞課堂上的前沿案例、大科學(xué)裝置中的問題，改變相關(guān)的輻射源或輻射場的分布，如何對當(dāng)前案例在不同邊界條件下進行求解，安排學(xué)員線下思考并完成，以實現(xiàn)密切聯(lián)系課堂的知識解決問題，又實現(xiàn)融會貫通式的解決問題能力培養(yǎng)。

3“核輻射防護”課程實踐教學(xué)設(shè)計

“核輻射防護”課程的綜合實踐主要以培養(yǎng)學(xué)員的動手能力，并在實踐中力求全面提升學(xué)員綜合利用相關(guān)輻射防護理論解決實際問題的能力。根據(jù)高校教學(xué)實際，并結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、核科技前沿進展，核輻射防護實踐教學(xué)可開展革新的地方有：

3.1“實體”+“虛擬”模型演示實踐

受目前機械加工的精密設(shè)計，對于高校核工程與核技術(shù)專業(yè)實驗室建設(shè)，可以定制反應(yīng)堆教學(xué)模型，核動力潛艇模型、反應(yīng)堆換料演示等模型，在核輻射防護課程實踐教學(xué)中，可利用上述模型在仿真實驗室中開展，結(jié)合具體教學(xué)模型，對反應(yīng)堆的三道輻射安全屏障、核動力潛艇中的輻射防護設(shè)計等進行形象化的展示，以構(gòu)建清晰的物理圖像，突出工科教學(xué)特點；對核事故中看不見的輻射場、劑量場等，可在高校中建設(shè)數(shù)字反應(yīng)堆等虛擬仿真教學(xué)平臺，利用虛擬現(xiàn)實、可視化等技術(shù)，展示正常運行工況、核事故工況下的各類輻射場和劑量場分布。在實踐教學(xué)中，還可結(jié)合課堂講授的輻射防護三原則、不同人員的劑量限制與約束原則等，開展相應(yīng)的輻射后果評價，例如在當(dāng)前的輻射場環(huán)境下，應(yīng)急人員能工作多久，針對當(dāng)前區(qū)域的輻射場分布，如何評價公眾環(huán)境中的輻射場水平并制定應(yīng)急計劃區(qū)等。

3.2專題實踐研討

3.3核輻射防護課程線下實驗

限于課堂教學(xué)時間的限制，核輻射防護課程在線下實踐中，可以結(jié)合核輻射探測等課程中探測儀器的使用，安排學(xué)員利用課下的業(yè)余時間，利用個人劑量計等設(shè)備監(jiān)測空氣、土壤、水源等環(huán)境中的放射性，為了進一步增加課程的探究性和趣味性，線下實踐中可以設(shè)置一些研究性的內(nèi)容，例如探測在有陽光和背陽光環(huán)境下空氣中的本底劑量率，室內(nèi)與室外、開放與封閉環(huán)境下的本底劑量率、手機在接通電話和未使用等不同情形下的劑量率等，通過安排學(xué)員的線下自主性、探索性研究，并對研究結(jié)果撰寫相關(guān)實驗報告，進行結(jié)果分析等，一方面訓(xùn)練了學(xué)員對相關(guān)探測設(shè)備的動手能力，另一方面在探測環(huán)境中土壤、空氣、水源等的本底劑量率后，正確認識了身邊的核輻射，有效克服了“核恐慌”心理，同時結(jié)合不同場景的探究式研究，得到一些有價值的結(jié)論，增加了本課程的探究性和趣味性。

3.4構(gòu)建核安全實踐教學(xué)基地，面向一線的實踐訓(xùn)練

目前，核工業(yè)的企業(yè)與研究所等在核科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用成果頗碩，對高校的核工程核技術(shù)領(lǐng)域教學(xué)而言，可以探索與相關(guān)的核工業(yè)研究院所、省級或地方輻射環(huán)境監(jiān)督站、醫(yī)院、輻照加工企業(yè)等建立相關(guān)的產(chǎn)學(xué)研實踐教學(xué)基地，對核輻射防護課程實踐教學(xué)而言，可以利用暑期組織學(xué)生到相關(guān)單位參觀見習(xí)，如參觀了解相應(yīng)的核工業(yè)研究院所、企業(yè)等如何對相關(guān)的輻射源、射線裝置等采取具體的輻射防護措施，觀摩或參與相關(guān)的企業(yè)或部門定期組織的核應(yīng)急演習(xí)等，對于核工業(yè)研究設(shè)計院所、企業(yè)中在核輻射防護領(lǐng)域需要解決的實際問題和需求，也可以畢業(yè)設(shè)計或大學(xué)生創(chuàng)新計劃等課題形式組織學(xué)生研究開展，通過聯(lián)合共建核安全實踐基地，充分有效解決核專業(yè)學(xué)員面向一線的實踐訓(xùn)練問題。

3.5核+X創(chuàng)意大賽

“核+X”創(chuàng)意大賽是目前全國性的核工程與核技術(shù)領(lǐng)域的課外競賽，自2016年舉辦以來，目前已舉辦六屆，主要是為提高高校學(xué)員的核科學(xué)素養(yǎng)，面向高校學(xué)生開展的探索性、新穎性的課外實踐活動，圍繞核輻射防護課程的有關(guān)內(nèi)容，高校核輻射防護課程教學(xué)團隊老師可以從“核+安全”“核+國防”、空間動力、能源、環(huán)境、輻照加工等方面，組織核專業(yè)學(xué)員以團隊形式積極選題，通過收集相關(guān)素材，利用視頻制作、動漫、PPT演講、手機APP應(yīng)用程序制作等形式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、團隊協(xié)作精神和動手能力，同時兼顧大學(xué)生的多方面發(fā)展。高校在利用“核+X”創(chuàng)意大賽從事核輻射防護課程的實踐中，應(yīng)通過教師的引領(lǐng)，圍繞學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，創(chuàng)新選題內(nèi)容，例如怎樣消除服裝上的放射性沾染、聚變堆中的輻射源項與安全等，拓展學(xué)生探索的積極性和收集素材的主動性，通過課外創(chuàng)意大賽，進一步提高學(xué)員對本課程的掌握和應(yīng)用效果。

4結(jié)語

作為核工程與核技術(shù)專業(yè)的一門核心課程，核輻射防護課程地位突出，需要解決學(xué)員的“核恐慌”心理，打牢學(xué)員對核專業(yè)課程學(xué)習(xí)的積極性，并實現(xiàn)課程內(nèi)容的創(chuàng)新，本文探討了如何在結(jié)合當(dāng)前核科技的發(fā)展以及“互聯(lián)網(wǎng)”時代下，對理論內(nèi)容與實踐教學(xué)的創(chuàng)新設(shè)計，以解決當(dāng)前存在的學(xué)員學(xué)習(xí)心理、學(xué)習(xí)的主動性、教學(xué)內(nèi)容的深度、實踐創(chuàng)新等方面存在的問題，從而為高校從事核輻射防護課程教學(xué)的相關(guān)人員做參考。

參考文獻

[1]劉金生，周煥銀，高柏，等.輻射防護與環(huán)境工程專業(yè)課程設(shè)置研究[J].東華理工大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2011，30（2）：173-176，180.

[2]楊強，劉軍，魏生斌，等.核輻射與安全虛擬仿真實驗教學(xué)建設(shè)[J].實驗技術(shù)與管理，2018，35（2）：117-120，151.