核工程与核技术专业课程设计教学改革

刘丽艳++赵修良等

摘 要：结合我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。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。对将来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。

关键词：核工程与核技术 课程设计 改革

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（c）-0174-03

课程设计是工程类本科教学的重要环节，是高校学生理论联系实践的桥梁，是学生综合运用本专业课程和已修课程的基础理论而进行的工程设计尝试，是让学生把课堂理论知识转化为实际工程设计能力的重要手段。课程设计是培养大学生创新能力和创新意识的关键过程。通过开展课程设计训练，能使学生掌握工程设计主要程序的使用方法和设计技巧；培养学生独立思考问题的能力，学习查阅资料的方法；培养学生分析和解决工程实际问题的能力和创新开拓的精神；培养学生掌握放射性测量、数据分析的基本方法，训练“分析、观察、判断、试验、再判断”的方法，提高学生独立解决实践问题的能力。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，它在培养学生的科学思维方式、严谨工作作风、扎实的专业知识和实验技能等能力和素质中起着不可替代的作用。

南京师范大学教育科学学院借鉴美国高校学前教育专业本科课程设计理念，认为我国高校学前教育专业课程设计应建立开放性选课体系，增加基础性阅读与延伸性阅读，建构有效的学习小组，建构多元的课程实践渠道，增强服务社会的实践意识。

天津外国语学院英语学院借鉴了澳大利亚商科课程设计中的三个方面：学生的需求、教学过程和评估，并结合ESP课程的特点，将其运用到教学中，取得了良好的教学效果。

哈尔滨工业大学强盛等在自动控制原理课程设计过程中要求学生能用经典控制理论中频域法或根轨迹法对实际控制系统进行分析和设计，并借助计算机仿真软件Matlab进行辅助设计，绘制仿真曲线，满足性能指标的要求。可培养自动化专业学生将经典控制理论应用于实际工程项目中。

中国计量学院现代科技学院徐志玲等通过测控专业课程设计群的顶层设计与改革，改变原有课程设计只考虑单元设计能力的传统模式，将项目驱动教学法应用于课程设计群的教学，把一个完整项目分解成四个模块进行设计，不仅培养学生项目开发的设计能力，突出项目教学法实践与研究相融合的教学特点，而且提升学生工程应用能力，体现专业培养特点，整体实施效果好。

河南理工大学吴雪峰等结合“卓越工程师培养计划”的基本要求，针对“机械设计”课程设计中存在的问题，提出了课程设计改革的思路，确立了以培养工程师为目标的课程设计改革思想，对于提升学生的工程实践认识，培养学生的工程素质和工程实践能力有一定的意义。

高校电子类课程设计是学生将理论与实践相结合的一个重要环节，武昌工学院马华玲针对不同的电子课程使用相关的仿真软件（如multisim、proteus、keil、protel），可以预知设计的结果，方便设计中各种元器件参数以及错误设计的修改，能形象生动的跟踪过程，仿真测试通过后再进行实物的硬件和软件设计，将获得事半功倍的效果，有利于提高学生的设计兴趣和设计效率。

南华大学李小华等从选取课程设计实践教学硬件和软件、选题、教学过程、互动式指导、练习、成绩考核及总结等方面对反应堆工程课程设计教学进行了实践，初步探索出一种适合我国普通高等学校开展反应堆工程课程设计的实践教学模式。

该文作者研究了采用Multisim10虚拟仿真软件应用于核电子学课程设计，进行《核电子学》中各种电路的仿真和分析，可以验证核仪器研发过程电路设计是否有效，功能是否达标，判断电路的准确性及有效性，有利于培养学生综合分析、开发创新和工程设计的能力。

由于目前市场上没有正规出版发行的核工程与核技术课程设计教材，需根据不同课程设计内容，结合核专业特色，选择合适的课程设计项目。

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。

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