“核電廠系統(tǒng)與設(shè)備”課程研究型教學(xué)模式的探索與實(shí)踐

曾文杰　王海　何麗華　程品晶　謝金森

摘 要：采用研究型教學(xué)模式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程對學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)有重要的實(shí)際意義。在“核電廠系統(tǒng)與設(shè)備”的課堂教學(xué)中轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)理念，將仿真技術(shù)引入教學(xué)中，將為傳統(tǒng)的基于書本和實(shí)物模型的教學(xué)到研究型教學(xué)模式的運(yùn)用提供廣闊的空間。以PCTran仿真軟件為依托，開展“核電廠系統(tǒng)與設(shè)備”課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。教學(xué)實(shí)踐證明，利用仿真技術(shù)是實(shí)現(xiàn)“核電廠系統(tǒng)與設(shè)備”由傳統(tǒng)型教學(xué)到研究型教學(xué)的良好手段。

關(guān)鍵詞：核電廠系統(tǒng)與設(shè)備；研究型教學(xué)；仿真技術(shù)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）03-0097-02

引言

傳統(tǒng)型教學(xué)模式主要以教師為中心，學(xué)生只是被動(dòng)的參與者。這種教學(xué)模式在方法上是灌輸和強(qiáng)制的，沒有給予學(xué)生主動(dòng)發(fā)揮的空間，不能充分挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)創(chuàng)新能力。隨著現(xiàn)代高等教育的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)“滿堂灌”的課堂教學(xué)模式被摒棄，研究型教學(xué)模式逐漸得到應(yīng)用，使得教學(xué)效果得到了改進(jìn)。

“核電廠系統(tǒng)與設(shè)備”是核工程與核技術(shù)專業(yè)的一門必修課程，課程主要闡述核電廠的基本原理、核電廠的主要設(shè)備及主要輔助系統(tǒng)等。該課程的主要特點(diǎn)是具有明確的實(shí)際應(yīng)用背景，在教學(xué)過程中，必須注重與實(shí)際相結(jié)合?？紤]到課堂教學(xué)的局限性及核電廠的特殊性，利用仿真技術(shù)，開展研究型教學(xué)，不僅可以提高學(xué)生的學(xué)生興趣，同時(shí)還能挖掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能。

一、開展研究型教學(xué)模式的意義

在大學(xué)教育中開展研究型教學(xué)有利于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。近年來，隨著高等教育改革的深入開展，國內(nèi)大學(xué)正逐步開展研究型教學(xué)的研究與實(shí)踐。一些先進(jìn)的研究型教學(xué)方法，如案例教學(xué)法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法等方法，都得到了教育工作者的廣泛關(guān)注。

研究型教學(xué)模式是以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力和創(chuàng)新精神為教育目標(biāo)的教學(xué)模式。對于工科院校，不僅要在實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)中開展研究型教學(xué)，也要在理論教學(xué)層面采用研究型教學(xué)模式。傳統(tǒng)型教學(xué)模式下，理論課堂通常是教師的一言堂，只有教師在講，沒有學(xué)生發(fā)揮的空間。顯然，這樣的教學(xué)模式不僅無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還會制約學(xué)生創(chuàng)新型意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

“核電廠系統(tǒng)與設(shè)備”是一門專業(yè)性及工程應(yīng)用性強(qiáng)的課程。采用研究型教學(xué)模式開展教學(xué)不僅有助于學(xué)生更好地掌握課堂理論知識，更可以激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)他們科學(xué)鉆研的習(xí)慣和能力。

二、仿真技術(shù)輔助教學(xué)是實(shí)現(xiàn)研究型教學(xué)的良好手段

在“核電廠系統(tǒng)與設(shè)備”教學(xué)過程中，借助仿真技術(shù)，緊密結(jié)合多媒體課件教學(xué)，創(chuàng)新教學(xué)方式，不僅可以有效調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)生求知欲和創(chuàng)新性，而且可以彌補(bǔ)理論課堂教學(xué)中真實(shí)實(shí)驗(yàn)平臺無法開展或高危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源不足；同時(shí)也可以不受學(xué)時(shí)限制，從而更能進(jìn)一步確立學(xué)生在教學(xué)過程中的主體地位。通過自己動(dòng)手進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)并分析其結(jié)果后，學(xué)生能夠有所收獲，有所提高，與被動(dòng)接受相比，這種熱情是自發(fā)的、內(nèi)在的，具有長久和深刻的效果。

（一）“核電廠系統(tǒng)與設(shè)備”教學(xué)中仿真軟件的選擇

研究型教學(xué)模式通常需要依托案例分析教學(xué)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)等先進(jìn)的教學(xué)方法。首先需要選擇一個(gè)好的“核電廠系統(tǒng)與設(shè)備”綜合性仿真軟件，利用這一仿真軟件，教師可以選擇恰當(dāng)?shù)陌咐M(jìn)行展開，可以使前后傳授的知識得到較好的銜接。在仿真軟件的選擇上，典型性、適應(yīng)性和系統(tǒng)性是需要考慮的三個(gè)重要因素。

1. 典型性

典型性是指所選擇的仿真軟件應(yīng)具有廣泛的應(yīng)用背景，是廣大學(xué)生容易接觸、感性認(rèn)知到的。采用這一仿真軟件，學(xué)生容易理解和接受。

2. 適應(yīng)性

適應(yīng)性是指所采用的仿真軟件中涉及的知識點(diǎn)應(yīng)與本門課程多數(shù)知識內(nèi)容相一致，這樣通過這一仿真軟件，可完成課堂多個(gè)知識點(diǎn)的傳授和實(shí)踐鞏固。適應(yīng)性的另一方面是深度和工作量適度。知識點(diǎn)太深，學(xué)生會感到畏難，不能理解；而工作量太大，學(xué)生會產(chǎn)生厭倦情緒。因此，選擇符合“核電廠系統(tǒng)與設(shè)備”課程教學(xué)需要的仿真軟件是非常重要的。

3. 系統(tǒng)性

系統(tǒng)性是指仿真軟件可以開展多個(gè)與課程相關(guān)的案例，可以實(shí)現(xiàn)研究性教學(xué)環(huán)節(jié)與課堂教學(xué)的緊密結(jié)合，能使學(xué)生在學(xué)習(xí)課程知識時(shí)做到前后承接、融會貫通。

（二）研究型教學(xué)模式中仿真平臺的選擇舉例

由于目前我?！昂穗姀S系統(tǒng)與設(shè)備”課程未獨(dú)立設(shè)置實(shí)驗(yàn)課程，加之總的課時(shí)數(shù)少，因此必須選擇合適的仿真軟件。PCTran/CPR1000是一款使用簡單方便、能描述核電廠系統(tǒng)與設(shè)備，可以自主設(shè)定CPR1000型核電廠初始仿真條件如反應(yīng)堆功率、堆芯運(yùn)行壓力和蒸汽發(fā)生器運(yùn)行壓力等，并可以設(shè)定事故延遲時(shí)間的核電廠仿真軟件。學(xué)生可通過設(shè)置和調(diào)節(jié)這些條件參數(shù)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。目前我校已將PCTran/CPR1000仿真系統(tǒng)用于“核電廠系統(tǒng)與設(shè)備”的研究型教學(xué)模式。

以“CPR1000主蒸汽管道破裂事故仿真”為實(shí)例，利用PCTran/CPR1000仿真系統(tǒng)，在了解CPR1000運(yùn)行及控制模式的基礎(chǔ)上，通過設(shè)定初始運(yùn)行條件、選擇蒸汽發(fā)生器主管道破裂事故并在運(yùn)行后導(dǎo)出事故工況下的瞬態(tài)曲線和瞬態(tài)數(shù)據(jù)報(bào)告，作為進(jìn)一步理解核電廠系統(tǒng)與設(shè)備，分析核電廠運(yùn)行及安全的主要依據(jù)。

1. 了解PCTran/CPR1000仿真系統(tǒng)

學(xué)生通過閱讀PCTran/CPR1000說明書，可以掌握PCTran/CPR1000的使用方法并了解CPR1000的運(yùn)行及控制模式。PCTran/CPR1000運(yùn)行界面如圖1所示，圖中給出了CPR1000壓水堆一回路系統(tǒng)的基本構(gòu)成示意圖，運(yùn)行過程中可以觀測各個(gè)部件的流量、溫度和壓力變化。

2. CPR1000主蒸汽管道破裂事故仿真

主蒸汽管道破裂事故是在指在反應(yīng)堆中蒸汽發(fā)生器主蒸汽管道破裂造成大量蒸汽外噴的事故。蒸汽發(fā)生器管道破裂事故其原因可能是過大的機(jī)械應(yīng)力或熱應(yīng)力、制造時(shí)的缺陷、內(nèi)部飛射物或由于地震。通過模擬CPR1000的主蒸汽發(fā)生器管道破裂事故可以更深層次的熟悉理解反應(yīng)堆的運(yùn)行特點(diǎn)，為學(xué)生掌握和擴(kuò)展核反應(yīng)堆安全相關(guān)知識提供良好的機(jī)會。運(yùn)行過程中，主要的部分結(jié)果如圖2所示，給出了堆芯燃料溫度和包殼溫度隨時(shí)間的變化曲線。

三、結(jié)束語

“核電廠系統(tǒng)與設(shè)備”課程具有很強(qiáng)的專業(yè)性和工程實(shí)用性，同時(shí)核電廠系統(tǒng)與設(shè)備構(gòu)成與運(yùn)行工況復(fù)雜，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)具有一定的局限性，難以滿足培養(yǎng)綜合型和創(chuàng)新型核電技術(shù)人才的需要。將仿真技術(shù)用于“核電廠系統(tǒng)與設(shè)備”課程研究型教學(xué)模式，通過對于核電廠系統(tǒng)與設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的可視化，由學(xué)生設(shè)定核電廠運(yùn)行工況，結(jié)合理論知識，不僅能讓學(xué)生對“核電廠系統(tǒng)與設(shè)備”有更加深刻的感性認(rèn)識，更能有力地培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和研究的積極性，對實(shí)踐教學(xué)的改革也有一定的指導(dǎo)意義。

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