核工程與核技術專業課程設計教學改革

劉麗艷++趙修良等

摘 要：結合我校核工程與核技術專業的多年課程設計經驗，構建一個結構合理、特色鮮明的核工程與核技術專業課程設計實踐教學體系，并編寫核工程與核技術專業課程設計指導書一份。在已有核工程與核技術實踐教學示范中心的基礎上，開展包括硬件條件、軟件設施、師資隊伍在內的課程設計實踐基地建設，及包括課程設計內容形式多樣化和基于項目實踐的教學方式改革等的課程設計實踐教學體系建設。對將來該校以及其他高校核類及相關專業的課程設計實踐教學起到示范作用。

關鍵詞：核工程與核技術 課程設計 改革

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（c）-0174-03

課程設計是工程類本科教學的重要環節，是高校學生理論聯系實踐的橋梁，是學生綜合運用本專業課程和已修課程的基礎理論而進行的工程設計嘗試，是讓學生把課堂理論知識轉化為實際工程設計能力的重要手段。課程設計是培養大學生創新能力和創新意識的關鍵過程。通過開展課程設計訓練，能使學生掌握工程設計主要程序的使用方法和設計技巧；培養學生獨立思考問題的能力，學習查閱資料的方法；培養學生分析和解決工程實際問題的能力和創新開拓的精神；培養學生掌握放射性測量、數據分析的基本方法，訓練“分析、觀察、判斷、試驗、再判斷”的方法，提高學生獨立解決實踐問題的能力。課程設計實踐教學是培養學生創新能力、實際動手能力和綜合素質的一個重要環節，它在培養學生的科學思維方式、嚴謹工作作風、扎實的專業知識和實驗技能等能力和素質中起著不可替代的作用。

南京師范大學教育科學學院借鑒美國高校學前教育專業本科課程設計理念，認為我國高校學前教育專業課程設計應建立開放性選課體系，增加基礎性閱讀與延伸性閱讀，建構有效的學習小組，建構多元的課程實踐渠道，增強服務社會的實踐意識。

天津外國語學院英語學院借鑒了澳大利亞商科課程設計中的三個方面：學生的需求、教學過程和評估，并結合ESP課程的特點，將其運用到教學中，取得了良好的教學效果。

哈爾濱工業大學強盛等在自動控制原理課程設計過程中要求學生能用經典控制理論中頻域法或根軌跡法對實際控制系統進行分析和設計，并借助計算機仿真軟件Matlab進行輔助設計，繪制仿真曲線，滿足性能指標的要求。可培養自動化專業學生將經典控制理論應用于實際工程項目中。

中國計量學院現代科技學院徐志玲等通過測控專業課程設計群的頂層設計與改革，改變原有課程設計只考慮單元設計能力的傳統模式，將項目驅動教學法應用于課程設計群的教學，把一個完整項目分解成四個模塊進行設計，不僅培養學生項目開發的設計能力，突出項目教學法實踐與研究相融合的教學特點，而且提升學生工程應用能力，體現專業培養特點，整體實施效果好。

河南理工大學吳雪峰等結合“卓越工程師培養計劃”的基本要求，針對“機械設計”課程設計中存在的問題，提出了課程設計改革的思路，確立了以培養工程師為目標的課程設計改革思想，對于提升學生的工程實踐認識，培養學生的工程素質和工程實踐能力有一定的意義。

高校電子類課程設計是學生將理論與實踐相結合的一個重要環節，武昌工學院馬華玲針對不同的電子課程使用相關的仿真軟件（如multisim、proteus、keil、protel），可以預知設計的結果，方便設計中各種元器件參數以及錯誤設計的修改，能形象生動的跟蹤過程，仿真測試通過后再進行實物的硬件和軟件設計，將獲得事半功倍的效果，有利于提高學生的設計興趣和設計效率。

南華大學李小華等從選取課程設計實踐教學硬件和軟件、選題、教學過程、互動式指導、練習、成績考核及總結等方面對反應堆工程課程設計教學進行了實踐，初步探索出一種適合我國普通高等學校開展反應堆工程課程設計的實踐教學模式。

該文作者研究了采用Multisim10虛擬仿真軟件應用于核電子學課程設計，進行《核電子學》中各種電路的仿真和分析，可以驗證核儀器研發過程電路設計是否有效，功能是否達標，判斷電路的準確性及有效性，有利于培養學生綜合分析、開發創新和工程設計的能力。

由于目前市場上沒有正規出版發行的核工程與核技術課程設計教材，需根據不同課程設計內容，結合核專業特色，選擇合適的課程設計項目。

1 核工程與核技術專業課程設計教學改革目標

根據核工程與核技術專業的培養目標，結合南華大學該專業的辦學特色，從教學中存在的實際問題出發，本著“真題真做，環環相扣”的教學思路，與工程實際緊密結合，讓學生掌握核工程計算設計與核儀器研制設計的基本方法，培養學生綜合運用理論知識和解決實際問題的能力，使學生的理論知識得到深化，綜合設計能力全面提升。

在完成教學任務的基礎上，培養學生具有一定的自學能力、獨立分析問題和解決問題能力，學會常用環境放射性測量儀器的正確使用方法；并通過嚴格的科學訓練和工程設計實踐，樹立嚴肅認真、一絲不茍、實事求是的科學作風，并培養學生具有一定的生產觀點、經濟觀點、全面觀點及團結協作的精神。

結合該校核工程與核技術專業的多年課程設計經驗，構建一個結構合理、特色鮮明的核工程與核技術專業課程設計實踐教學體系；并編寫核工程與核技術專業課程設計指導書一份。

2 核工程與核技術專業課程設計教學改革內容

為了完成核工程與核技術專業課程設計教學改革目標，具體改革內容如圖1所示，調查分析國內核工程與核技術專業課程設計的現狀，結合該校的實際情況明確課程設計改革實踐的方向和重點；在已有核工程與核技術實踐教學示范中心的基礎上，開展包括硬件條件、軟件設施、師資隊伍在內的課程設計實踐基地建設，及包括課程設計內容形式多樣化和基于項目實踐的教學方式改革等的課程設計實踐教學體系建設；編寫核工程與核技術專業課程設計指導書一份；最終構建課程設計實踐教學體系。

2.1 課程設計實踐基地建設

南華大學核工程與核技術實踐教學示范中心包括專業基礎和應用實驗室，其中專業基礎實驗室包括核電子學、核輻射探測、放射化學實驗室，應用實驗室包括核技術及應用、核仿真、輻射劑量實驗室。示范中心實踐教學特色鮮明，具備核科學與技術一級學科碩士點、核技術及應用博士點、核科學與技術一級學科博士后科研流動站。

在已有核工程與核技術實踐教學示范中心的基礎上，開展包括硬件條件、軟件設施、師資隊伍在內的課程設計實踐基地建設。

（1）軟、硬件條件建設。

2014年8月，該校核能與核技術工程虛擬仿真實驗教學中心，成為南華大學首個獲批省級虛擬仿真實驗教學中心，可推動課程設計教學改革與創新，提高南華大學核類及相關專業課程設計教學科研水平，增強科研成果轉化能力，創新人才培養模式，提升學生的綜合實踐能力，進一步推動“產學研用”一體化進程。

2014年12月，南華大學核科學技術學院之核能與核技術工程虛擬仿真實驗教學中心入選為2014年國家級虛擬仿真實驗教學中心。國家級虛擬仿真實驗教學中心將建成基于實驗室局域網的虛擬仿真實驗課程體系，基于校園網環境的虛擬仿真實驗教學平臺以及基于Internet網環境的虛擬仿真教學平臺，完善已有虛擬仿真課程設計課程及項目，達到能在實驗室局域網條件下滿足專業課程設計教學要求，實現核能工程、核技術應用類虛擬仿真軟件與云平臺的有機結合，為將來該校以及其他高校核類及相關專業虛擬仿真課程設計教學起到示范和共享作用。

軟件設施方面，已經具備課程設計相關Multisim、Proteus、Protel、Labview、Mcnp、Root、Matlab等軟件。同時一方面將NJOY、CITATION、SCALE、DRAGON等核能與核技術工程方面的專業軟件用于課程設計教學，讓學生掌握最為實用的科研程序；另一方面又自主開發基于三角剖分的二維特征線程序TSMOC，可求解次臨界系統高次Alpha本征函值HARMONY程序，可用于百萬居里級大型鈷源輻照裝置快速優化排源程序SPA等軟件系統。實現了課程設計教學與科研相輔相成，達到了科教相長的有益互補。

（2）師資隊伍建設。

師資隊伍建設方面，以引進、自培、在職進修方式提升師資隊伍學歷水平，并聘請國內著名核科學與技術專家為中心兼職教授。

一方面每年新進博士、博士后等人才；另一方面，學院與核工業相關單位展開密切合作，如與國家核電技術有限公司下設的國核大學簽訂了長期人才合作協議，定期委派教師外出參加培訓和交流；鼓勵年輕教師讀博、出國深造、外出進修學習及參加學術會議；學院領導班子積極聯系資深院士、研究員等來該校進行學術講座與交流；同時鼓勵教師寫好中長期發展計劃，提供良好的科研和教學平臺；并結合實際，認真抓好德、能、勤、績全面考核，考核結果與崗位津貼、職稱評定、評先評優掛鉤。

2.2 課程設計實踐教學體系建設

（1）課程設計內容形式多樣化。

核工程與核技術專業課程設計內容形式多樣化。如基于Multisim/Proteus的核儀器電子學仿真，基于Protel的核儀器PCB制作、LabVIEW虛擬儀器設計、蒙特卡羅軟件仿真計算，基于ROOT的數據分析與模擬計算、Matlab軟件反應堆控制仿真、x射線產生截面計算與穆斯堡爾譜分析等。

（2）基于項目實踐的教學方式。

理論教學與實驗教學相結合，引入基于項目實踐的教學方式，作為課堂教學與實驗的有機補充。通過引入基于項目實踐的教學方式，引導學生自主發現問題、解決問題，培養學生的創新能力、動手能力與團隊合作精神。

基于項目實踐的教學方式研究，確定不同課程設計內容的具體項目，如核儀器電子學仿真與制作，可選項目基于Multisim的電壓前置放大器仿真與設計，基于Protel的單道脈沖幅度分析器制作，基于Proteus的定標器仿真等；蒙特卡羅軟件仿真計算，可選項目基于Mcnp的反應堆堆芯模擬，基于Mcnp的NaI探測器探測效率計算等。

3 課程設計教材編定

參考其他相近工科專業比較成熟的課程設計指導教材（如電子技術、單片機課程設計指導書），根據課程設計過程基于項目實踐的教學方式，采用不同的課程設計實踐教學內容分章編寫的方法，結合教師、學生對課程設計的反饋意見，經過“分工、整合、修正”一系列步驟，編寫核工程與核技術專業課程設計教材一套。

結合課程設計老師的教學經歷和模式，目前《“核工程與核技術專業”綜合課程設計指導書》初版已經出爐，下設“基于Multisim的電路仿真”、“基于Proteus核儀器設計與仿真”、“基于ROOT的數據分析與模擬計算”、“基于MATLAB的核信號處理與仿真”、“穆斯堡爾譜擬合程序MSU8. EXE的應用”、“X射線產生截面的計算”、“壓水堆單通道熱工水力程序開發”、“基于MCNP的輻射屏蔽仿真與計算”、“基于MCNP的壓水堆刪元、組建、堆芯的中子學參數計算”九個章節。

課程設計教材的編訂，使核工程與核技術專業學生在掌握理論知識的基礎上加強動手實踐及綜合應用能力的培養，同時也是對教學內容做一定的擴充，要求掌握MCNP、MATLAB、Multisim、Proteus等工具軟件的使用，提高和培養學生運用所學知識分析問題、解決問題的能力以及編寫應用程序的能力。

4 結語

課程設計實踐教學是培養學生創新能力、實際動手能力和綜合素質的一個重要環節。核工程與核技術專業課程設計教學改革將有利于培養學生綜合分析、開發創新和工程設計的能力，提高課程設計的質量與效果，強化核工程與核技術專業學生的工程實踐，同時將為該校以及其他高校核類及相關專業的課程設計實踐教學起到示范作用。

參考文獻

[1] 王海英.“扎實”與“聯通”——美國高校學前教育專業本科課程設計對我國的啟示[J].幼兒教育，2010（12）：37-41.

[2] 張琳琳.澳大利亞商科課程設計在中國高校ESP教學中的應用[J].山西煤炭管理干部學院學報，2010（2）：124-126.

[3] 史洪巖，顏閩秀.論高校電子技術課程設計的改革與實踐[J].教育教學論壇，2012（26）：135-136.

[4] 強盛，史小平，何朕.基于項目的“自動控制原理課程設計”改革探索[J].實驗室研究與探索，2013（11）：416-418.

[5] 徐志玲，王鵬峰，黃柳.測控專業課程設計群改革與實踐[J].實驗室研究與探索，2014（4）：171-174.

[6] 吳雪峰，薛銅龍.基于卓越工程師培養計劃的“機械設計”課程設計改革[J].中國電力教育，2013（13）：107-108.

[7] 馬華玲.仿真軟件在高校電子類課程設計中的應用[J].教育教學論壇，2013（32）：165-166.

[8] 劉麗艷，趙修良.Multisim10在核電子學課程設計中的應用[J].科技資訊，2013（26）：165-166.

[9] 李小華，于濤，凌球，等.反應堆工程課程設計實踐教學的探索與實踐[J].中國現代教育裝備，2011（19）：83-85.

[10] 鄒家柱，程品晶.高校虛擬仿真實驗室建設總結[J].中國電力教育，2014（18）：80-81.