核輻射防護課程的教學改革與創新實踐

呂中良 趙子甲 田立朝

摘要核輻射防護課程是核工程與核技術專業的一門必修核心課程，由于教學過程中需要有效解決學員的“核恐慌”心理、教學內容的理論深度和實踐環節缺乏等現狀，本文探討了如何在結合當前核科技的發展以及“互聯網”時代下，對理論和實踐教學的創新設計，以解決當前存在的學員學習心理、學習的主動性、教學內容的深度和實踐創新等問題。

關鍵詞 核輻射防護 核工程與核技術 理論教學 實踐教學

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.22.037

The Teaching Reform and Innovation Practice of Nuclear Radiation Protection Course

LV Zhongliang， ZHAO Zijia， TIAN Lichao

（College of Arts and Sciences， National University of Defense Technology， Changsha， Hunan 410073）

AbstractThe course of nuclear radiation protection is a compulsory core course for nuclear engineering and technology majors. Due to the need to effectively solve the "nuclear panic" psychology of students， the lack of theoretical depth and practical links in the teaching process，this paper discusses how to combine the current development ofnuclear science and technology and the"Internet" era to innovate the design of theoretical and practical teaching， in order to solve the existing problems of students’ learning psychology， learning initiative， the depth of teaching content and practical innovation.

Keywordsnuclear radiation protection； nuclear engineering and technology； theory teaching； practice teaching

1“核輻射防護”課程教學現狀

目前，受高校學時安排的限制等原因，在核輻射防護課程的教學主要存在有以下幾個方面的問題需要進行改革優化：

克服學員的“核恐慌”心理。由于核工程與核技術專業的特殊性以及歷史上幾次重大核事故的影響，核專業學員在對核輻射防護等課程的學習傾向方面，一方面渴望學習到相關輻射防護的理論知識與防護方法，一方面又由于專業實踐中存在的放射性等因素，易產生“核恐慌”心理，導致學員在課程學習尤其是課程實踐環節，存在恐核或是抵觸心理，影響學員學習的積極性。

在實踐教學環節，目前主要是通過輻射防護專題的相關計算，例如通過相關的屏蔽防護材料與幾何的設計等，或是結合實驗室內的探測設備或防護服等，進行課程的綜合實踐，在教學內容上如何設計才能充分調動核專業學員學習的積極性，開展與本課程相關的創新研究或是大學生創新計劃等也值得開展深入的教改研究。

2“核輻射防護”課程理論教學的創新設計

針對當前核輻射防護課程教學中存在的問題，在理論教學方面，除了一些物理概念上的講授，可開展革新的地方有：

2.1量化輻射水平，理論結合實踐，克服學員“核恐慌”心理

在緒論部分、電離輻射的來源與水平、輻射防護體系與基本安全標準這三章的教學中，結合身邊的具體實例，舉例說明輻射存在于我們的身邊，并且我們每時每刻都在與輻射打交道，例如在講完天然輻射的來源主要有宇宙射線、宇生放射性核素、地球原生放射性核素三個來源后，可進一步結合貼近身邊的實際案例，利用多媒體課件的渲染與學生互動，量化身邊電離輻射的水平，如：宇宙射線的劑量水平可舉例如乘坐一次20小時的飛機所受的劑量約為0.1mSv，宇生放射性核素以及地球原生放射性核素則存在于我們每天所呼吸的空氣、接觸的食物、蔬菜、水果、水源等生活的各方面，如大米和面粉中的含放射性鈾的活度約為0.01Bq/ kg，含放射性的氚約在1Bq/kg～2Bq/kg，每天通過飲水攝入的放射性鐳226約為0.01Bq/天，通過這些量化的數字，以圖文并茂的方式進行展現，讓學員了解我們每天都在與核輻射打交道，我們的身體內就可以找到天然的放射性核素，同時結合課程實踐，安排學生測量空氣、土壤、水源的放射性劑量，通過理論與實踐結合，讓學員真正達到克服“核恐慌”心理的教學目標。

2.2圍繞核科技前沿設計探索性問題，增加課程趣味性

為體現教學內容的先進性，發揮核科學與技術尖端學科在國防科技、民用生活領域中的突出作用，教學內容上可以結合核工程核技術領域的前沿熱點問題以作為案例，激發學員的積極性，例如結合目前的大科學裝置，如高能加速器的輻射防護、先進反應堆如加速器驅動次臨界反應堆、磁約束聚變堆、空間核反應堆的輻射防護等內容，提高學員學習的興趣，同時也激發出學員將來投入到核科技前沿問題的研究熱情；在教學設計上以大科學裝置中需要用到的輻射防護相關知識設計問題，引導學生思考并解決，如在第一章輻射與物質的相互作用中，在講述完各類粒子與物質的相互作用方式后，可結合目前大科學工程如加速器驅動次臨界反應堆ADS、質子治療，設計問題引入：ADS和質子治療中的強流質子加速器輻射大廳中產生的輻射源項有哪些？分別與物質相互作用的過程有哪些？在進行相應的輻射防護大廳設計中，又如何選擇相應的材料進行輻射防護等，帶著這些大科學工程中的問題，啟發學員利用所學的理論在探索解決問題的同時，進一步增加了課程的前沿趣味性。

2.3講透物理概念，在應用中解剖物理本質

2.4聯系多學科知識綜合解決問題，體現深度與廣度

核輻射防護課程中物理概念較多，在引導學員正確理解相關概念與計算中，還應以訓練學生的能力為中心，培養學生利用扎實的數理基礎解決問題的能力，因此，在引入問題，或介紹相關的概念原理后，應結合高等數學、數理方程、反應堆物理等知識，開展相關的計算分析、處理，并對所得結果進一步地結合物理層面進行討論。例如在中子劑量的計算與防護中，可結合反應堆課程中的中子擴散方程求解讓學生獲得核裝置內的中子通量分布，再利用求解的中子通量進行中子劑量的計算，通過綜合多學科專業的知識實現問題的求解，拔高學員的輻射防護課程的理論素養。

2.5課堂案例引申變通，設計習題

在講授完課堂上的教學案例后，可圍繞課堂上的前沿案例、大科學裝置中的問題，改變相關的輻射源或輻射場的分布，如何對當前案例在不同邊界條件下進行求解，安排學員線下思考并完成，以實現密切聯系課堂的知識解決問題，又實現融會貫通式的解決問題能力培養。

3“核輻射防護”課程實踐教學設計

“核輻射防護”課程的綜合實踐主要以培養學員的動手能力，并在實踐中力求全面提升學員綜合利用相關輻射防護理論解決實際問題的能力。根據高校教學實際，并結合互聯網技術、核科技前沿進展，核輻射防護實踐教學可開展革新的地方有：

3.1“實體”+“虛擬”模型演示實踐

受目前機械加工的精密設計，對于高校核工程與核技術專業實驗室建設，可以定制反應堆教學模型，核動力潛艇模型、反應堆換料演示等模型，在核輻射防護課程實踐教學中，可利用上述模型在仿真實驗室中開展，結合具體教學模型，對反應堆的三道輻射安全屏障、核動力潛艇中的輻射防護設計等進行形象化的展示，以構建清晰的物理圖像，突出工科教學特點；對核事故中看不見的輻射場、劑量場等，可在高校中建設數字反應堆等虛擬仿真教學平臺，利用虛擬現實、可視化等技術，展示正常運行工況、核事故工況下的各類輻射場和劑量場分布。在實踐教學中，還可結合課堂講授的輻射防護三原則、不同人員的劑量限制與約束原則等，開展相應的輻射后果評價，例如在當前的輻射場環境下，應急人員能工作多久，針對當前區域的輻射場分布，如何評價公眾環境中的輻射場水平并制定應急計劃區等。

3.2專題實踐研討

3.3核輻射防護課程線下實驗

限于課堂教學時間的限制，核輻射防護課程在線下實踐中，可以結合核輻射探測等課程中探測儀器的使用，安排學員利用課下的業余時間，利用個人劑量計等設備監測空氣、土壤、水源等環境中的放射性，為了進一步增加課程的探究性和趣味性，線下實踐中可以設置一些研究性的內容，例如探測在有陽光和背陽光環境下空氣中的本底劑量率，室內與室外、開放與封閉環境下的本底劑量率、手機在接通電話和未使用等不同情形下的劑量率等，通過安排學員的線下自主性、探索性研究，并對研究結果撰寫相關實驗報告，進行結果分析等，一方面訓練了學員對相關探測設備的動手能力，另一方面在探測環境中土壤、空氣、水源等的本底劑量率后，正確認識了身邊的核輻射，有效克服了“核恐慌”心理，同時結合不同場景的探究式研究，得到一些有價值的結論，增加了本課程的探究性和趣味性。

3.4構建核安全實踐教學基地，面向一線的實踐訓練

目前，核工業的企業與研究所等在核科學技術領域的應用成果頗碩，對高校的核工程核技術領域教學而言，可以探索與相關的核工業研究院所、省級或地方輻射環境監督站、醫院、輻照加工企業等建立相關的產學研實踐教學基地，對核輻射防護課程實踐教學而言，可以利用暑期組織學生到相關單位參觀見習，如參觀了解相應的核工業研究院所、企業等如何對相關的輻射源、射線裝置等采取具體的輻射防護措施，觀摩或參與相關的企業或部門定期組織的核應急演習等，對于核工業研究設計院所、企業中在核輻射防護領域需要解決的實際問題和需求，也可以畢業設計或大學生創新計劃等課題形式組織學生研究開展，通過聯合共建核安全實踐基地，充分有效解決核專業學員面向一線的實踐訓練問題。

3.5核+X創意大賽

“核+X”創意大賽是目前全國性的核工程與核技術領域的課外競賽，自2016年舉辦以來，目前已舉辦六屆，主要是為提高高校學員的核科學素養，面向高校學生開展的探索性、新穎性的課外實踐活動，圍繞核輻射防護課程的有關內容，高校核輻射防護課程教學團隊老師可以從“核+安全”“核+國防”、空間動力、能源、環境、輻照加工等方面，組織核專業學員以團隊形式積極選題，通過收集相關素材，利用視頻制作、動漫、PPT演講、手機APP應用程序制作等形式，培養學生的創新精神、團隊協作精神和動手能力，同時兼顧大學生的多方面發展。高校在利用“核+X”創意大賽從事核輻射防護課程的實踐中，應通過教師的引領，圍繞學生學習的興趣，創新選題內容，例如怎樣消除服裝上的放射性沾染、聚變堆中的輻射源項與安全等，拓展學生探索的積極性和收集素材的主動性，通過課外創意大賽，進一步提高學員對本課程的掌握和應用效果。

4結語

作為核工程與核技術專業的一門核心課程，核輻射防護課程地位突出，需要解決學員的“核恐慌”心理，打牢學員對核專業課程學習的積極性，并實現課程內容的創新，本文探討了如何在結合當前核科技的發展以及“互聯網”時代下，對理論內容與實踐教學的創新設計，以解決當前存在的學員學習心理、學習的主動性、教學內容的深度、實踐創新等方面存在的問題，從而為高校從事核輻射防護課程教學的相關人員做參考。

參考文獻

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