“核聚變與等離子體物理”課程教學改革與應用

李忠宇，王慶宇，顏強

（哈爾濱工程大學核科學與技術學院，哈爾濱150001）

“核聚變與等離子體物理”課程教學改革與應用

李忠宇，王慶宇，顏強

（哈爾濱工程大學核科學與技術學院，哈爾濱150001）

筆者在“核聚變與等離子體物理”課程的教學過程中，從多方面總結課程的設置與講解，為同學們提供參與課程建設的機會，明確了教師引導學生主動學習在教學過程中的重要作用，為后續類似課程的開設和改進提供指導和參考。

引導學習；主動學習；經驗

1 學生主動學習的必要性

為了實現素質教育的目標，教師必須在授課過程中激發學生自身的學習潛力，逐漸引導學生養成主動發現問題、思考問題并盡力解決問題的習慣［1］。但是，國內的大學生大都習慣了應試教育的學習方法，這一點與國外大學生的學習方式截然不同。他們在課上課下與任課教師的交流較多，并能夠在教師的指導下完成一些小課題［2］。良好的學習習慣，不僅能夠加深對知識的理解，更能鍛煉自身的能力。為了使我們的學生轉變學習態度，教師應當引導學生主動學習。

2 核能知識的主動學習

核能分為裂變能和聚變能兩種，現在世界上普遍采用的是裂變能源，而可控的聚變能源到現在為止還沒有實現，正處于實驗階段，所以對于核聚變的知識還沒有形成完整的理論體系。之所以可控的核聚變能源還沒有實現，原因較多，例如高溫等離子體的約束問題，面向等離子體的第一壁材料的抗輻照性能，低溫超導技術，等等。在這種背景下，“核聚變與等離子體物理”這門課程的主要內容之一就是討論可控核聚變研究中面臨的關鍵問題。而在同樣的問題面前，每個人觀察的角度都不一樣，得到的結論也不同，也許同學們的某個結論就是將來解決可控核聚變的可行方法。因此，教師在授課過程中要引導學生發現問題、思考問題，發揮學生的創造能力。

3 主動學習在本課程中的實施

3.1 教學內容的選擇與安排

本課程的教學內容以普通物理、原子核物理和核反應堆物理課程為基礎，是對核工程專業知識的拓展。主要講授可控核聚變研究中用到的物理原理、觀察到的物理現象以及遇到的關鍵問題。由于可控的核聚變還處于實驗階段，所以現在還沒有特別完整的理論體系，教學內容主要來自于北京大學的核聚變課程講義以及核聚變研究的相關文獻。在這個過程中難免遇到相關支撐理論內容少，難以理解的問題，這些問題都是限制本課程教學效果的因素。

另外，可控核聚變的科學研究代價較高，除了全世界的科研工作者共同努力以外，還要有相關國家的共同支持。為了適應可控核聚變國際發展的需要，筆者在課程內容中加入了適量的英語，主要是用來介紹物理概念，提出相關的技術難點。采用的課件為英文和中文的混合課件，配合中文講解，使同學們既能掌握核聚變的基本概念，又能鍛煉英語能力。

3.2 實施方案

針對本課程授課過程中出現的各種問題，筆者提出了以下措施：第一，核聚變的基本原理部分由教師講解，主要包括核聚變能量的來源，磁約束核聚變與慣性約束核聚變兩種途徑的原理，以及實驗設備中各個部件的功能。第二，提出可控核聚變面臨的各種關鍵問題，結合學生們的反應歸結為多個題目，例如第一壁材料的抗輻照性能，核聚變燃料氚的增殖，等等。第三，學生分組選擇題目并對每個題目進行調研討論，主要方法是查閱文獻并結合每個人對問題的看法，然后每組分別做一個總結報告，其他同學可以對總結報告進行提問并討論。第四，由學生提出本課程教學過程中的問題，大家進行討論，對于尚不清楚的核聚變方面的專業知識，請教北京大學和中國科學院等離子體物理研究所相關專家。第五，在課程考核時，提出一道核聚變方面的討論題，學生可以利用在課程中所學知識以及自己對核聚變的理解進行解答。

3.3 教學手段

第一，作為任課教師，要根據收集的材料和對核聚變的理解，講解核聚變的原理，介紹當前人類正在努力試圖實現可控核聚變的實驗方法，并簡單提出每種實驗方法的局限性。第二，學生要主動參與。由同學們提出針對核聚變原理以及實驗方法的問題，與每種實驗方法的局限性結合在一起，總結出若干個小課題。對同學們進行分組，每組限定3～5人，選取感興趣的小課題進行調研和組內討論，時間大約為2w。第三，選取一課時，每組選派1名同學對本組所選課題的調研和討論結果進行講解報告，講解時間每組大約為10～15min，其他同學可以對報告的內容提出問題和自己的見解，并進行討論，最后由任課教師進行總結。第四，任課教師對每組報告和討論的結果進行總結，作為本課程考核的依據，把有意義的內容納入教學內容，以便在以后的教學過程中繼續使用。

4 實踐效果分析

通過這種參與教學過程的方法，使學生能夠對課程內容提出自己的問題和見解，也能夠對核聚變實驗研究面臨的問題進行調研和討論，調動了學生的學習積極性，發揮了學生的主觀能動性，使學生對知識的理解也更加深刻，實現了主動學習的目的。同時也使學生逐漸擺脫了應試教育的學習方法，逐漸向素質教育的學習方法轉變。在課堂上講解報告也是為學生們提供了一次鍛煉的機會，國內絕大部分的課程都以授課教師的講解為主，學生只是被動的接受。而在這個課程中，通過講解報告，讓學生自己發揮語言組織能力。

通過問卷調查得知，學生們都支持這樣的教學方式，愿意參與到這樣的教學過程中來。90%以上的學生認為通過這樣的學習過程，既學到了核聚變的專業知識，對核能有了更加深入的認識，又鍛煉了自己的綜合能力。

5 結語

針對核聚變科學研究的特點，采取教師引導學習和學生主動學習的方式，發揮學生的主觀能動性，讓學生們參與到這門課程的建設中來，既提高了本課程的教學質量，加深學生對核聚變的了解，又鍛煉了學生發現問題、解決問題的能力。因此，我們將進一步完善本課程的教學，優化課程的內容體系，并在實踐中加以完善和提高。

［1］周遠清.素質教育是體現中國教育方針性的教育思想［J］.中國高等教育，2011，（1）：1-3.

［2］田聯進.美國研究生教育制度國家特征的探討［J］.中國高等教育，2009，（5）：20-22.

Teaching Reform and Application of the"Nuclear Fusion Plasmas Physics"

LI Zhong-yu,WANGQing-yu,YANQiang
(Nuclear Science and TechnologyInstitute,Harbin EngineeringUniversity,Harbin 150001,China)

In the teaching process of"nuclear fusion plasmas physics",the author summarizes the teaching process ofthe course,definitude the importance ofstudents with the opportunity to participate in the curriculum construction,and provide guidance and reference for the creation and improvement ofsimilar courses.

Guided learning;Active learning;Experience

G423.02

A

1674-8646（2015）10-0048-02

2015-08-16

本文由哈爾濱工程大學教育教學改革研究項目支持（JG2014BYB43）

李忠宇（1982-），男，遼寧海城人，碩士，講師，主要從事核材料的輻照損傷效應研究。