輻射劑量與防護實驗教學(xué)軟件的開發(fā)

田麗霞 張運明 李享享

摘 要：根據(jù)《輻射劑量與防護》課程知識點繁瑣而教學(xué)模式單一的特點，開發(fā)一款輔助的實驗教學(xué)軟件來改善教學(xué)效果和質(zhì)量。軟件采用可視化語言VB6.0，并結(jié)合PPT工具，將教學(xué)軟件分為外照射和內(nèi)照射兩大模塊，使該課程涉及的重點知識點直觀清晰的展示出來。整個教學(xué)軟件界面設(shè)計美觀，重點內(nèi)容層次清晰，使學(xué)生對該門課程繁瑣的知識體系有個系統(tǒng)的理解，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：實驗教學(xué)軟件 輻射劑量與防護

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（a）-0133-02

隨著核科學(xué)的迅速發(fā)展，核技術(shù)在工農(nóng)業(yè)，醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，為了保護放射性工作人員及公眾的健康與安全，輻射防護工作也越來越受到人們的重視[1-3]。《輻射劑量與防護》課程是核工程與核技術(shù)，輻射防護與核安全專業(yè)本科生必修的專業(yè)課之一，旨在幫助學(xué)生掌握輻射劑量及防護學(xué)中的基本輻射量的概念及測量方法，常見射線的外照射及內(nèi)照射劑量估算，以及輻射防護的基本原則和方法，為今后走上工作崗位打下堅實的理論和實踐基礎(chǔ)。但由于該門課程涉及的知識點較多且比較零散，有些內(nèi)容比較抽象和深奧，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高，課堂教學(xué)效果不太理想。因此，改善教學(xué)方法和手段，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，是課程教學(xué)改革的目標之一。針對該課程的特點，該文開發(fā)了基于VB6.0程序的《輻射劑量與防護》教學(xué)軟件，從而使學(xué)生把所學(xué)的知識點融會貫通，提高學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣。

1 開發(fā)《輻射劑量與防護》課程教學(xué)軟件的必要性

《輻射劑量與防護》課程的核心知識點包括基礎(chǔ)物理量，輻射所致生物效應(yīng)，外照射劑量與防護，內(nèi)照射劑量與防護等幾大部分的內(nèi)容，涉及的知識點眾多，單憑簡單的書本教學(xué)，內(nèi)容空洞，結(jié)構(gòu)單一，學(xué)生容易造成概念的混淆，嚴重影響了后續(xù)課程的開展。此外，該課程還包含了相當(dāng)一部分的數(shù)值計算問題，如果僅僅依靠傳統(tǒng)的課堂講授方式，教師花費了大量的時間和精力，學(xué)生仍感覺抽象，繁瑣，無趣味，達不到教學(xué)的效果。該文旨在結(jié)合飛速發(fā)展的計算機技術(shù)，開發(fā)基于可視化編程語言VB6.0的教學(xué)軟件，使得學(xué)生在課程教學(xué)之外，對該門課程的繁瑣的知識體系有系統(tǒng)的理解，并將所學(xué)知識和今后遇到的實際問題結(jié)合起來，為培養(yǎng)和和訓(xùn)練學(xué)生分析和解決問題以及科研能力方面打下基礎(chǔ)。

2 《輻射劑量與防護》課程教學(xué)軟件的設(shè)計

考慮到軟件的兼容性，實用性和運行的可靠性，該軟件采用VB6.0編寫。它采用Basic語言，是一種擁有豐富的面向?qū)ο蟮目梢暬O(shè)計工具，簡單易學(xué)，方便用戶二次開發(fā)[4-5]。根據(jù)本門課程的知識體系特點，該教學(xué)軟件分為兩大主體模塊：外照射相關(guān)模塊和內(nèi)照射相關(guān)模塊。為了克服VB中Label控件格式單一的缺點，我們采用picturebox控件和PPT相結(jié)合的方法，設(shè)計出了靈活多變，界面美觀，并能夠清晰展示復(fù)雜公式的軟件界面。

2.1 外照射劑量學(xué)模塊

外照射劑量模塊包括兩部分的內(nèi)容，第一部分介紹了基本輻射量以及它們之間的關(guān)系；第二部分為原理示例部分，主要列舉了常見β射線，X（γ）射線以及中子引起的外照射劑量和防護屏蔽計算。如圖1所示，基本物理量界面中分門別類地列出了三大類物理量，即輻射計量學(xué)量、輻射劑量學(xué)量及輻射防護中的量。同時，還給出了相關(guān)輻射量之間的關(guān)系式，如果將鼠標放置在某一物理量上，將會顯示該物理量的具體概念和定義。此外，軟件還給出了各個量之間的轉(zhuǎn)換因子，針對不同的射線和粒子，通過下拉菜單就可以直接選擇，非常方便。可以自由輸入某一輻射量的數(shù)值，進而可以計算任意相關(guān)的各個量。通過這樣的界面設(shè)計，使學(xué)生可以對基本輻射量之間的關(guān)系一目了然，從而避免概念的混淆。

通過點擊主界面的示例按鈕，進入例題解析界面。如圖2所示，軟件中選取日常生活中涉及的實際問題，對常見射線及粒子如β、X（γ）、中子等所引起的外照射劑量進行計算，計算時可以隨時調(diào)用前面的基本物理量界面，同時給出標準答案供學(xué)生參考。學(xué)生在計算時可以自主選擇隱藏和顯示答案，既可以對課本理論進行補充，便于學(xué)生鞏固和加深對所學(xué)知識的理解，又可以提升學(xué)生自行解決問題的能力。

2.2 內(nèi)照射劑量學(xué)模塊

隨著核技術(shù)應(yīng)用日益廣泛，特別是在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用，內(nèi)照射也日益受到人們的重視[6]。內(nèi)照射劑量估算比外照射劑量計算所涉及的因素更為復(fù)雜，例如放射性核素所處的環(huán)境狀態(tài)、物理化學(xué)性質(zhì)、進入人體內(nèi)途徑、個人代謝特點、所采用的計算模式等，都與內(nèi)照射劑量估算有關(guān)，因此，很難進行精確計算。該文參照IAEA-TECDOC-1162文件[7]，針對輻射應(yīng)急情況下，按照其提供的計算方法設(shè)計了內(nèi)照射教學(xué)軟件，對內(nèi)照射輻射情況下經(jīng)由吸入和食入兩種途徑產(chǎn)生的內(nèi)照射待積劑量進行快速計算，從而將損傷降低到最小。

軟件設(shè)計和外照射類似，分為兩大部分，第一部分為關(guān)于內(nèi)照射的一些簡單介紹，目的是方便學(xué)生對內(nèi)照射有個直觀系統(tǒng)的理解，如圖3中左圖所示；軟件第二部分重點是對核應(yīng)急（如發(fā)生核事故等）情況下，吸入和食入不同放射性核素產(chǎn)生的待積有效劑量進行快速計算，其計算公式均取自IAEA-TECDOC-1162文件，計算時對公式中各參數(shù)進行了詳細的介紹，方便對該公式的理解和應(yīng)用。以計算吸入途徑產(chǎn)生的內(nèi)照射有效劑量為例，計算界面如圖3中右圖所示，用戶可以根據(jù)實際情況，輸入各相應(yīng)參數(shù)，進而快速的對不同核素產(chǎn)生的待積有效劑量進行估算。為了方便用戶使用，對常見的放射性核素，可以通過下來菜單的方式進行選擇，此外，該軟件還將IAEAIAEA-TECDOC-1162文件中涉及的所有核素的轉(zhuǎn)換系數(shù)整理成數(shù)據(jù)表的格式方便用戶查詢，用戶只需點擊計算界面中諸如“不常用核素的CF2值”按鈕來進行所需核素的查詢非常方便。

3 結(jié)語

針對《輻射劑量與防護》課程的特點及教學(xué)過程中存在的突出問題，我們開發(fā)了基于可視化VB6.0程序的教學(xué)軟件，該軟件界面美觀，內(nèi)容層次清晰，使學(xué)生對該門課程繁瑣的知識體系有個系統(tǒng)的理解，并能將所學(xué)知識和今后遇到的實際問題結(jié)合起來，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為培養(yǎng)和和訓(xùn)練學(xué)生分析和解決問題以及科研能力方面打下基礎(chǔ)。

參考文獻

[1] 位楠楠，肖德濤，單健，等.《電離輻射劑量與防護》的網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)研究[J].科技資訊，2013（18）：192-193.

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[4] 孫利娟.編程工具VB6.0與VB.NET的比較研究[J].黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2010（1）：52-54.

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[6] 王海彥，李君利，程建平，等.基于中國參考人人體數(shù)學(xué)模型的內(nèi)照射劑量計算[J].核電子學(xué)與探測技術(shù)，2006（6）：915-918.

[7] Generic procedures for assessment and response during a radiological emergency[M].IAEA-TECDOC-1162.Vienna：IAEA，2000.