優(yōu)勢融合，方法創(chuàng)新，打造核電廠系統(tǒng)與設(shè)備“金課”

張鈺浩 呂雪峰 李向賓 牛風雷

[摘 要]文章針對核電廠系統(tǒng)與設(shè)備課程的內(nèi)容特點和教學實際，總結(jié)了對學生學習本門課程的三個層次要求，重點介紹了華北電力大學核科學與工程學院在本課程教學方面的改革和創(chuàng)新性嘗試。應(yīng)充分利用現(xiàn)有教學資源，將多方優(yōu)勢融入教學，從而進一步實現(xiàn)教學方式方法創(chuàng)新，包括：完善課程體系建設(shè)，傳統(tǒng)與新型教學方式相結(jié)合，采用先進的多媒體技術(shù)，融入科研優(yōu)勢;同時，努力推動課堂內(nèi)外實踐與教學的有機結(jié)合，將核電廠系統(tǒng)與設(shè)備課程打造成為更加豐富、高效、充實的本科教學“金課”。

[關(guān)鍵詞]核電廠系統(tǒng)與設(shè)備;教學改革;教學研究;華北電力大學

[中圖分類號] G642.3 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2021）05-0170-04

壓水堆核電廠是我國核電廠建設(shè)的主要堆型，它的系統(tǒng)組成復(fù)雜、設(shè)備龐大、類型眾多，安全性與可靠性要求高。核電廠系統(tǒng)與設(shè)備是核科學與工程專業(yè)的核心必修課程，該課程作為核工程專業(yè)學生的第一門專業(yè)基礎(chǔ)必修課，是核工程專業(yè)主干核心課程——核反應(yīng)堆物理分析、核反應(yīng)堆熱工分析、核反應(yīng)堆安全分析等課程的基礎(chǔ)。通過學習該課程，學生能夠深刻掌握核電廠主要系統(tǒng)設(shè)備的基本工作原理和設(shè)計理念。本課程講授的知識是核工程專業(yè)的學生走上工作崗位所必須掌握的基本知識，為學生從事核電廠相關(guān)工作奠定關(guān)鍵基礎(chǔ)。核電廠系統(tǒng)與設(shè)備課程全面介紹了二代壓水堆核電廠一回路主系統(tǒng)的功能、組成、關(guān)鍵設(shè)備的結(jié)構(gòu)，以及輔助系統(tǒng)、專設(shè)安全設(shè)施的功能、組成、流程、重要設(shè)備特性、運行的基本知識（以核島部分為主）;同時也介紹了AP1000反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的功能、組成、各重要設(shè)備的結(jié)構(gòu)，非能動堆芯冷卻系統(tǒng)、安全殼和安全殼系統(tǒng)，輔助系統(tǒng)的功能、流程、重要設(shè)備特性等，并將二代壓水堆核電站和AP1000核電站進行比較分析，使學生對大型壓水堆核電廠的總體組成、重要系統(tǒng)、關(guān)鍵設(shè)備、發(fā)展歷程有總體了解。

華北電力大學（以下簡稱“我?！保└鶕?jù)自身特點，以及多年來服務(wù)國家戰(zhàn)略、突破工程教育瓶頸的“訂單+聯(lián)合”大核電人才培養(yǎng)模式與實踐中積累的經(jīng)驗，逐步形成了具有特色的核電廠系統(tǒng)與設(shè)備教學體系。

一、基于課程特點，把握知識學習層次，有的放矢

核電廠系統(tǒng)與設(shè)備課程雖然沒有大量繁復(fù)的計算公式，但是涉及核電廠全方位結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、運行等，知識點較為龐雜，且不同知識點之間互相關(guān)聯(lián)，反映了反應(yīng)堆系統(tǒng)的高度復(fù)雜性，所以稱本門課程為“工科中的文科”也不為過。結(jié)合這樣的學科特點，學生對于本課程的學習分可為以下三個層次。

（一）知識層面

學生掌握核電廠一回路主系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、專設(shè)安全設(shè)施的系統(tǒng)功能、流程、關(guān)鍵設(shè)備特性等，包括系統(tǒng)或部件的組成、數(shù)量、關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)，把握其結(jié)構(gòu)特點，知道“是什么”。以反應(yīng)堆堆芯學習為例，學生首先需學習反應(yīng)堆堆芯的總體組成、結(jié)構(gòu)、分區(qū)方式、換料策略，從堆芯結(jié)構(gòu)組成方面，分別學習燃料組件、燃料元件棒、燃料芯塊、包殼、定位格架的結(jié)構(gòu)、功能、數(shù)量等;從功能分類方面，學習控制棒組件、可燃毒物組件、中子源組件、阻力塞組件的材料、結(jié)構(gòu)、功能、數(shù)量等。在這一層面，學生需要通過理解，結(jié)合適當?shù)挠洃?，對核電廠系統(tǒng)與設(shè)備有基礎(chǔ)、詳細、全面的學習。

（二）認知層面

通過知識層面的學習，激發(fā)學生認知核電廠系統(tǒng)與設(shè)備課程的興趣，引導學生領(lǐng)會關(guān)鍵系統(tǒng)或部件的設(shè)計特點。仍以反應(yīng)堆堆芯學習為例，通過圖文并茂、形象生動的多媒體教學課件，讓學生直觀認識到反應(yīng)堆的“心臟”——反應(yīng)堆堆芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點、設(shè)計原理，進而引發(fā)學生思考：反應(yīng)堆設(shè)計上是如何巧妙地設(shè)計冷卻劑流道從而帶走堆芯釋放出的巨大能量的？堆本體是如何從設(shè)計上減少堆芯對壓力容器的輻照的？這不但能夠加深學生對基本知識的理解，更能夠讓學生將不同章節(jié)的知識融會貫通。

（三）能力層面

基于知識層面、認知層面的理解，引導學生深入體會核電廠系統(tǒng)與設(shè)備課程的 “結(jié)構(gòu)+功能+設(shè)計理念”的邏輯脈絡(luò)，即真正具備理解核電廠主要系統(tǒng)與設(shè)備的基本工作原理和設(shè)計理念的能力。引導學生思考：假設(shè)自己是核電廠設(shè)計師，結(jié)合所學習的知識，在設(shè)計一個新型系統(tǒng)時需要考慮哪些方面的因素，如何設(shè)計該系統(tǒng)/設(shè)備？通過這種方式使學生真正具備解決實際問題的能力，并且激發(fā)和培養(yǎng)學生與時俱進、主動跟進核電發(fā)展時代前沿的求知欲和能力。

針對本課程的特點，以上三個層次既是對學生學習效果的要求，也是對教師教學的要求。其要求教師不但要把握基本知識的傳授，還要考慮如何將晦澀難懂的文字講得深入淺出，進而啟發(fā)學生思考核電廠系統(tǒng)與設(shè)備相關(guān)設(shè)計的本質(zhì)原理，從根本上增強學生理論聯(lián)系實際和學以致用的能力。

二、教學方式方法創(chuàng)新，多方優(yōu)勢融入教學

隨著時代的飛速發(fā)展，信息技術(shù)、VR、課堂輔助教學軟件等新技術(shù)迅速興起，核工程領(lǐng)域的科研工作不斷推進，原有的教學方式、方法面臨新的挑戰(zhàn)。結(jié)合我校核科學與工程學院一線教學工作實際，筆者對教育教學方式方法改革與創(chuàng)新手段分析探討如下。

（一）教材、慕課融合創(chuàng)新，完善課程體系

我校核工程與核技術(shù)專業(yè)、輻射防護與核安全專業(yè)自成立以來，采用大亞灣核電站培訓教材《900MW壓水堆核電站系統(tǒng)與設(shè)備》以及《非能動安全先進核電廠AP1000》作為教材，教材內(nèi)容較為完整，在培養(yǎng)核電人才方面發(fā)揮了巨大作用。以上教材適用于工程化培訓，并且隨著我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的第三代核電技術(shù)“華龍一號”的快速發(fā)展與建設(shè)，對一套融合二代、三代核電技術(shù)，且具有更為完整知識體系的教材的需求更為迫切。鑒于此，我校核科學與工程學院正在進行相關(guān)教材的編著工作。該教材具有兩個主要特點：一是對現(xiàn)有知識體系進行梳理、總結(jié)，將二代M310、三代AP1000、“華龍一號”核電技術(shù)相關(guān)的系統(tǒng)與設(shè)備有機融合為一體，做到結(jié)構(gòu)清晰，體系完整;二是基于對基礎(chǔ)知識的學習，增加二代、三代核電技術(shù)相關(guān)設(shè)計的變化、改進方案等方面的分析、對比，使學生體會核電系統(tǒng)與設(shè)備設(shè)計的變化、改進及原因，使學生真正具備理解核電廠主要系統(tǒng)與設(shè)備的基本工作原理和設(shè)計理念的能力。

同時，與教材的編制相配套，組織課程教學團隊教師錄制慕課，以此作為學生自主學習的重要輔助手段。慕課課程內(nèi)容經(jīng)教學團隊充分討論，抽絲剝繭，選取本課題的關(guān)鍵知識點進行慕課課程講授及制作。每節(jié)課時間為15～20分鐘，力求每節(jié)慕課能夠講透一個關(guān)鍵知識點，作為本課程的重要輔助學習方式，也為傳統(tǒng)教育注入了新鮮血液，這是大信息化時代下的新型教學方式。由此，“課堂（線下）—慕課（線上）”教學相結(jié)合，課堂不再由單一授課教師主導，課程也不再被單一教學系統(tǒng)所限制，人工教學管理向智能教學管理轉(zhuǎn)變，適應(yīng)了信息時代背景下對大學本科教育的最新要求[1]。

通過創(chuàng)新教材編制、配套慕課制作等手段，我校不但實現(xiàn)了“二代”“三代”核電技術(shù)知識的融合，而且實現(xiàn)了“線上”“線下”相結(jié)合的新型學習方式，從而建立了一套更為完整、全面的核電廠系統(tǒng)與設(shè)備課程教學體系。

（二）傳統(tǒng)與新型教學方式相結(jié)合，創(chuàng)新課堂教學方法

本門課程涉及的知識點較多，學習起來有一定的困難，這就要求學生在學習過程中集中精力，理解各個系統(tǒng)、設(shè)備之間的聯(lián)系。因此，除了傳統(tǒng)的教師講授的教學方法之外，還要探索新型的教學方式，形成師生互動。

應(yīng)盡量創(chuàng)設(shè)小班教學環(huán)境和學習條件，注重調(diào)動全體學生的學習熱情和學習積極性，注重學生創(chuàng)新能力和實踐能力的培養(yǎng)，形成自主、開放、有活力的課堂教學氛圍[2]。在小班教學條件下，可選擇部分教學內(nèi)容進行“翻轉(zhuǎn)課堂”式教學，如“M310主泵三級軸封流量控制原理”“穩(wěn)壓器自動降壓系統(tǒng)先導式安全閥開啟原理”等內(nèi)容，讓學生建立學習小組，提前布置學生學習、查閱相關(guān)資料，做成PPT，并在課上向班級其他同學進行講授。這樣的課程教學活動以學生為中心，讓學生基于學習目標去主動學習、獨立思考、發(fā)現(xiàn)問題并研究解決問題，學生還可以依據(jù)自己的興趣和能力挖掘得更深，拓展得更廣[3]。同時，教師在這一過程中需要注意加強引領(lǐng)，幫助學生解決自學過程中遇到的問題及難點，師生間形成一種快速有效的溝通和反饋，在討論中提高學生的思辨能力。

現(xiàn)在的學生大多為00后，具有鮮明的時代特征，如果能掌握他們的溝通方式，無疑會拉近教師與學生的距離，有益于教學。課堂上適當?shù)夭捎靡恍╋L趣幽默的語言，更有助于消除學生在課堂上的瞌睡感，讓其更好地沉浸到課堂學習中。

嘗試引入智慧教學工具，如“雨課堂”等新型工具，實現(xiàn)課堂上實時答題、彈幕互動，為傳統(tǒng)課堂教學師生互動提供一種直接、高效的輔助溝通方式[4]。同時，可以將智慧教學工具與慕課等“互聯(lián)網(wǎng)+教育”方式相結(jié)合，實現(xiàn)“課前—課上—課后”每一個教學環(huán)節(jié)全覆蓋。

（三）多媒體手段、實物模型、VR相結(jié)合，提升課堂教學效果

為了強化核電廠系統(tǒng)與設(shè)備課程教學效果，增強學生對核電廠系統(tǒng)及重要設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理的理解，核科學與工程學院專門建設(shè)了核電廠系統(tǒng)及重要設(shè)備模型教學實驗室，如圖1所示，其主要模型包括M310、AP1000堆芯及壓力容器結(jié)構(gòu)模型、安全殼結(jié)構(gòu)模型、主泵模型、蒸汽發(fā)生器模型、一回路系統(tǒng)模型、二回路系統(tǒng)模型及控制棒驅(qū)動機構(gòu)模型等，也包括課程中重點講授的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，如燃料組件（及剖視模型）、控制棒驅(qū)動機構(gòu)結(jié)構(gòu)、主泵軸封結(jié)構(gòu)等。此外，學院建設(shè)了虛擬現(xiàn)實（VR）實驗室，讓學生能夠深入核電站內(nèi)部一探究竟。學生通過與核電廠系統(tǒng)及設(shè)備實物模型多方位的、立體性的學習，開闊了視野，活躍了思路。

在教學過程中，需充分發(fā)揮多媒體技術(shù)教學的優(yōu)勢，基于 PowerPoint軟件設(shè)計圖文并茂、形象生動的多媒體教學課件、視頻等，直觀地展示核電廠中各部件結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)的組成與功能[5]，如“反應(yīng)堆堆芯啟動過程”“蒸汽發(fā)生器傳熱管穿管過程”“裝換料過程”“CAP1400模塊化施工”等，幫助學生對系統(tǒng)的動態(tài)運行過程等抽象知識進行直觀介紹。同時，充分利用資源，獲取核電站系統(tǒng)與設(shè)備的實物照片，將書本上的文字對照實物進行學習，讓學生直觀地看到實際的反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)、部件等，從而讓學生更好地理解、掌握各種核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)及設(shè)計、運行原理。

另外，要關(guān)注核能領(lǐng)域網(wǎng)站、微信公眾號等各類渠道推送的相關(guān)信息、案例等[6]，將一些課堂上講過、但很難親眼見到的過程以視頻的形式直觀地搬進課堂，如中央電視臺推出的《超級工程》《超級裝備》等紀錄片，均有重大核電工程、核電裝備的相關(guān)介紹。將以上內(nèi)容與課堂講授相應(yīng)章節(jié)有機結(jié)合，不但能夠有效提升學生學習興趣與注意力，還能夠使學生快速掌握相關(guān)知識點，更能讓學生在學習過程中直觀感受到“核級”標準之高、要求之嚴，領(lǐng)略核電大工業(yè)之美。

（四）結(jié)合科研優(yōu)勢，拓展學生視野，引導學生思考

將科研融入教學，在教學過程中適當?shù)貙ο嚓P(guān)研究成果進行展示與引導，將這些最新研究成果融入教學內(nèi)容，這一方面對學生深入掌握核電廠系統(tǒng)流程和運行原理大有裨益，另一方面也提高了課程的學術(shù)意義，有利于激發(fā)和提高學生科研方面的興趣。例如，如圖2所示，講授AP1000非能動余熱排出系統(tǒng)時，結(jié)合教師所承擔的壓水堆國家重大專項項目相關(guān)內(nèi)容，給學生展示高速攝像機拍攝的非能動余熱排出熱交換器工作過程中的沸騰換熱氣泡生長、浮升過程，以及第1-3級自動降壓系統(tǒng)在內(nèi)置換料水箱中的冷凝過程等，讓學生能夠直觀看到平時很難觀察到的現(xiàn)象，加深學生對關(guān)鍵設(shè)備工作原理的理解。在講授燃料格架設(shè)計時，給學生介紹格架攪混翼片的設(shè)計研究論文，讓學生了解計算流體力學（CFD）方法與實驗方法相結(jié)合的重要研究方法，讓學生提前接觸科研，這對學生規(guī)劃學習、考研等有所幫助。

將核電當前高速發(fā)展形勢與教學相融合，不定期地向?qū)W生介紹核能行業(yè)的最新進展，如AP1000核電站成功商運、“華龍一號”核電站建設(shè)情況等。利用課間時間對學生進行核科普，如播放連續(xù)舉辦了四屆的“全國高校學生課外‘核+X創(chuàng)意大賽”歷年獲獎作品等，對核技術(shù)應(yīng)用、核醫(yī)學、核能供熱等方面進行科普性介紹，以拓寬學生的知識面。通過以上多種手段促使學生主動關(guān)注、跟蹤當前核電行業(yè)的最新發(fā)展狀況、熱點，激發(fā)學生的學習興趣;同時有機結(jié)合“課程思政”的相關(guān)要求，引導學生提前做好職業(yè)生涯規(guī)劃，為我國核電事業(yè)的安全、高效發(fā)展貢獻自己的力量。

（五）拓展校外實習基地，課堂內(nèi)外有機結(jié)合

我校與中國核工業(yè)三大央企，即中核集團、中廣核集團和國家電投集團建立了密切的合作關(guān)系，積極開拓校外實習基地，已與山東核電有限公司、江蘇核電有限公司、秦山核電有限公司、中國核動力研究設(shè)計院、中國原子能科學研究院、國家電投集團科學技術(shù)研究院等國內(nèi)知名核電企業(yè)及科研院所聯(lián)合建立了學生課外實踐基地（如圖4所示）。

專業(yè)認知實習、校企聯(lián)合學生工作站實習等能夠使學生有機會直接見到核電站實景，核電廠的一線運維人員、培訓教師給學生講解核電廠系統(tǒng)設(shè)備的運行原理，學生甚至可以進入核島廠房、汽輪機廠房等核電廠內(nèi)部進行零距離學習參觀，真正深入一線觀察、感受核電人的工作、生活，把課本上的知識與實際電廠的系統(tǒng)與設(shè)備結(jié)合起來，從而達到全面深刻地掌握和理解課程知識的目的。

依托“華電大講堂”等平臺，我們邀請核能行業(yè)院士、知名專家、學者來做報告，內(nèi)容涵蓋“華龍一號”、鈉冷快堆、先進核動力及應(yīng)用等，這是對課本學習知識的有效補充和拓展，大大拓寬了學生的知識面。

以上課堂內(nèi)外的有機結(jié)合，不但能夠加深學生對核電廠系統(tǒng)與設(shè)備課程的理解，而且開拓了學生的視野，讓他們提前接觸企業(yè)、了解核電廠工作，為他們盡早規(guī)劃將來的職業(yè)生涯打下很好的基礎(chǔ)。

三、總結(jié)與展望

本文分析了核電廠系統(tǒng)與設(shè)備的課程特點，總結(jié)了學生學習該課程的三個層次，重點介紹了華北電力大學核科學與工程學院在本課程教學方面的改革和創(chuàng)新性嘗試，具體措施包括：教材、慕課融合創(chuàng)新，完善課程體系;多媒體手段、實物模型、VR相結(jié)合，提升課堂教學效果;傳統(tǒng)教學方法與新型教學方式相結(jié)合，創(chuàng)新課堂教學方法;結(jié)合科研優(yōu)勢，拓展學生視野，引導學生思考;拓展校外實習基地，邀請專家做報告，課堂內(nèi)外有機結(jié)合等。以多種形式、多種方式激發(fā)學生的學習興趣，讓學生從知識層面、認知層面更好地掌握本課程知識，進而把握“結(jié)構(gòu)+功能+設(shè)計理念”的邏輯脈絡(luò)，真正具備理解核電廠主要系統(tǒng)與設(shè)備的基本工作原理和設(shè)計理念的能力。

同時，以上新手段、新方法的引入也對任課教師提出了更高的要求，結(jié)合教育部印發(fā)的《關(guān)于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知》（教高函〔2018〕8號），各高校應(yīng)嚴抓本科教育，淘汰“水課”、打造“金課”。這要求任課教師投入更多的精力到教學中，且不斷加強培訓學習，定期研討，跟上信息時代高速發(fā)展的節(jié)奏，這樣才能打造更為豐富、高效、充實的本科教學課堂，把核電廠系統(tǒng)與設(shè)備這門課程打造成真正的“金課”。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 方群，朱戰(zhàn)霞.慕課與傳統(tǒng)課堂教學方法有機融合的大學課程教學模式初探[J].教育教學論壇，2019（34）：183-186.

[2] 馬續(xù)波.核反應(yīng)堆物理分析課程教學改革研討[J].大學教育，2015（11）：172-173.

[3] 楊裴裴，陳桂英.微課時期高校翻轉(zhuǎn)課堂教學模式的實踐[J].計算機產(chǎn)品與流通，2019（10）：177+184.

[4] 姜海麗，孫秋華，趙言誠，等.基于雨課堂的教學實踐[J].高教學刊，2019（18）：86-88.

[5] 田文喜，張亞培，陳榮華，等.西安交通大學核電廠系統(tǒng)與設(shè)備課程教學研究與實踐[J].大學教育，2018（8）：52-54.

[6] 李向賓，王升飛.案例教學在《核反應(yīng)堆熱工分析》課程中的應(yīng)用[J].華北電力大學學報（社會科學版），2011（S2）：268-269+273.

[責任編輯：陳 明]