核工程与核技术专业课程设计教学探究

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1核工程与核技术专业课程设计教学改革目标

根据核工程与核技术专业的培养目标,结合南华大学该专业的办学特色,从教学中存在的实际问题出发,本着“真题真做,环环相扣”的教学思路,与工程实际紧密结合,让学生掌握核工程计算设计与核仪器研制设计的基本方法,培养学生综合运用理论知识和解决实际问题的能力,使学生的理论知识得到深化,综合设计能力全面提升。在完成教学任务的基础上,培养学生具有一定的自学能力、独立分析问题和解决问题能力,学会常用环境放射性测量仪器的正确使用方法;并通过严格的科学训练和工程设计实践,树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风,并培养学生具有一定的生产观点、经济观点、全面观点及团结协作的精神。结合该校核工程与核技术专业的多年课程设计经验,构建一个结构合理、特色鲜明的核工程与核技术专业课程设计实践教学体系;并编写核工程与核技术专业课程设计指导书一份。

2核工程与核技术专业课程设计教学改革内容

为了完成核工程与核技术专业课程设计教学改革目标,具体改革内容如图1所示,调查分析国内核工程与核技术专业课程设计的现状,结合该校的实际情况明确课程设计改革实践的方向和重点;在已有核工程与核技术实践教学示范中心的基础上,开展包括硬件条件、软件设施、师资队伍在内的课程设计实践基地建设,及包括课程设计内容形式多样化和基于项目实践的教学方式改革等的课程设计实践教学体系建设;编写核工程与核技术专业课程设计指导书一份;最终构建课程设计实践教学体系。

2.1课程设计实践基地建设

南华大学核工程与核技术实践教学示范中心包括专业基础和应用实验室,其中专业基础实验室包括核电子学、核辐射探测、放射化学实验室,应用实验室包括核技术及应用、核仿真、辐射剂量实验室。示范中心实践教学特色鲜明,具备核科学与技术一级学科硕士点、核技术及应用博士点、核科学与技术一级学科博士后科研流动站。在已有核工程与核技术实践教学示范中心的基础上,开展包括硬件条件、软件设施、师资队伍在内的课程设计实践基地建设。(1)软、硬件条件建设。2014年8月,该校核能与核技术工程虚拟仿真实验教学中心,成为南华大学首个获批省级虚拟仿真实验教学中心,可推动课程设计教学改革与创新,提高南华大学核类及相关专业课程设计教学科研水平,增强科研成果转化能力,创新人才培养模式,提升学生的综合实践能力,进一步推动“产学研用”一体化进程。2014年12月,南华大学核科学技术学院之核能与核技术工程虚拟仿真实验教学中心入选为2014年国家级虚拟仿真实验教学中心。国家级虚拟仿真实验教学中心将建成基于实验室局域网的虚拟仿真实验课程体系,基于校园网环境的虚拟仿真实验教学平台以及基于Internet网环境的虚拟仿真教学平台,完善已有虚拟仿真课程设计课程及项目,达到能在实验室局域网条件下满足专业课程设计教学要求,实现核能工程、核技术应用类虚拟仿真软件与云平台的有机结合,为将来该校以及其他高校核类及相关专业虚拟仿真课程设计教学起到示范和共享作用。软件设施方面,已经具备课程设计相关Multisim、Proteus、Protel、Labview、Mcnp、Root、Matlab等软件。同时一方面将NJOY、CITATION、SCALE、DRAGON等核能与核技术工程方面的专业软件用于课程设计教学,让学生掌握最为实用的科研程序;另一方面又自主开发基于三角剖分的二维特征线程序TSMOC,可求解次临界系统高次Alpha本征函值HARMONY程序,可用于百万居里级大型钴源辐照装置快速优化排源程序SPA等软件系统。实现了课程设计教学与科研相辅相成,达到了科教相长的有益互补。(2)师资队伍建设。师资队伍建设方面,以引进、自培、在职进修方式提升师资队伍学历水平,并聘请国内著名核科学与技术专家为中心兼职教授。一方面每年新进博士、博士后等人才;另一方面,学院与核工业相关单位展开密切合作,如与国家核电技术有限公司下设的国核大学签订了长期人才合作协议,定期委派教师外出参加培训和交流;鼓励年轻教师读博、出国深造、外出进修学习及参加学术会议;学院领导班子积极联系资深院士、研究员等来该校进行学术讲座与交流;同时鼓励教师写好中长期发展计划,提供良好的科研和教学平台;并结合实际,认真抓好德、能、勤、绩全面考核,考核结果与岗位津贴、职称评定、评先评优挂钩。

2.2课程设计实践教学体系建设

(1)课程设计内容形式多样化。核工程与核技术专业课程设计内容形式多样化。如基于Multisim/Proteus的核仪器电子学仿真,基于Protel的核仪器PCB制作、LabVIEW虚拟仪器设计、蒙特卡罗软件仿真计算,基于ROOT的数据分析与模拟计算、Matlab软件反应堆控制仿真、x射线产生截面计算与穆斯堡尔谱分析等。(2)基于项目实践的教学方式。理论教学与实验教学相结合,引入基于项目实践的教学方式,作为课堂教学与实验的有机补充。通过引入基于项目实践的教学方式,引导学生自主发现问题、解决问题,培养学生的创新能力、动手能力与团队合作精神。基于项目实践的教学方式研究,确定不同课程设计内容的具体项目,如核仪器电子学仿真与制作,可选项目基于Multisim的电压前置放大器仿真与设计,基于Protel的单道脉冲幅度分析器制作,基于Proteus的定标器仿真等;蒙特卡罗软件仿真计算,可选项目基于Mcnp的反应堆堆芯模拟,基于Mcnp的NaI探测器探测效率计算等。

3课程设计教材编定

参考其他相近工科专业比较成熟的课程设计指导教材(如电子技术、单片机课程设计指导书),根据课程设计过程基于项目实践的教学方式,采用不同的课程设计实践教学内容分章编写的方法,结合教师、学生对课程设计的反馈意见,经过“分工、整合、修正”一系列步骤,编写核工程与核技术专业课程设计教材一套。结合课程设计老师的教学经历和模式,目前《“核工程与核技术专业”综合课程设计指导书》初版已经出炉,下设“基于Multisim的电路仿真”、“基于Proteus核仪器设计与仿真”、“基于ROOT的数据分析与模拟计算”、“基于MATLAB的核信号处理与仿真”、“穆斯堡尔谱拟合程序MSU8.EXE的应用”、“X射线产生截面的计算”、“压水堆单通道热工水力程序开发”、“基于MCNP的辐射屏蔽仿真与计算”、“基于MCNP的压水堆删元、组建、堆芯的中子学参数计算”九个章节。课程设计教材的编订,使核工程与核技术专业学生在掌握理论知识的基础上加强动手实践及综合应用能力的培养,同时也是对教学内容做一定的扩充,要求掌握MCNP、MATLAB、Multisim、Proteus等工具软件的使用,提高和培养学生运用所学知识分析问题、解决问题的能力以及编写应用程序的能力。

4结语

课程设计实践教学是培养学生创新能力、实际动手能力和综合素质的一个重要环节。核工程与核技术专业课程设计教学改革将有利于培养学生综合分析、开发创新和工程设计的能力,提高课程设计的质量与效果,强化核工程与核技术专业学生的工程实践,同时将为该校以及其他高校核类及相关专业的课程设计实践教学起到示范作用。

作者:刘丽艳 赵修良 屈国普 程品晶 周超 李小华 单位:南华大学核科学技术学院