“核電廠系統與設備”課程研究型教學模式的探索與實踐

曾文杰　王海　何麗華　程品晶　謝金森

摘 要：采用研究型教學模式的實驗教學課程對學生創新素質培養有重要的實際意義。在“核電廠系統與設備”的課堂教學中轉變傳統的教學理念，將仿真技術引入教學中，將為傳統的基于書本和實物模型的教學到研究型教學模式的運用提供廣闊的空間。以PCTran仿真軟件為依托，開展“核電廠系統與設備”課程的實驗教學。教學實踐證明，利用仿真技術是實現“核電廠系統與設備”由傳統型教學到研究型教學的良好手段。

關鍵詞：核電廠系統與設備；研究型教學；仿真技術

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

引言

傳統型教學模式主要以教師為中心，學生只是被動的參與者。這種教學模式在方法上是灌輸和強制的，沒有給予學生主動發揮的空間，不能充分挖掘學生的學習創新能力。隨著現代高等教育的不斷發展，傳統“滿堂灌”的課堂教學模式被摒棄，研究型教學模式逐漸得到應用，使得教學效果得到了改進。

“核電廠系統與設備”是核工程與核技術專業的一門必修課程，課程主要闡述核電廠的基本原理、核電廠的主要設備及主要輔助系統等。該課程的主要特點是具有明確的實際應用背景，在教學過程中，必須注重與實際相結合。考慮到課堂教學的局限性及核電廠的特殊性，利用仿真技術，開展研究型教學，不僅可以提高學生的學生興趣，同時還能挖掘學生的創造潛能。

一、開展研究型教學模式的意義

在大學教育中開展研究型教學有利于培養創新型人才。近年來，隨著高等教育改革的深入開展，國內大學正逐步開展研究型教學的研究與實踐。一些先進的研究型教學方法，如案例教學法、任務驅動法等方法，都得到了教育工作者的廣泛關注。

研究型教學模式是以培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力和創新精神為教育目標的教學模式。對于工科院校，不僅要在實踐性教學環節中開展研究型教學，也要在理論教學層面采用研究型教學模式。傳統型教學模式下，理論課堂通常是教師的一言堂，只有教師在講，沒有學生發揮的空間。顯然，這樣的教學模式不僅無法激發學生的學習興趣，還會制約學生創新型意識和創新能力的培養。

“核電廠系統與設備”是一門專業性及工程應用性強的課程。采用研究型教學模式開展教學不僅有助于學生更好地掌握課堂理論知識，更可以激發學習興趣，培養他們科學鉆研的習慣和能力。

二、仿真技術輔助教學是實現研究型教學的良好手段

在“核電廠系統與設備”教學過程中，借助仿真技術，緊密結合多媒體課件教學，創新教學方式，不僅可以有效調動學生自主學習的積極性，激發學生求知欲和創新性，而且可以彌補理論課堂教學中真實實驗平臺無法開展或高危險的實驗教學資源不足；同時也可以不受學時限制，從而更能進一步確立學生在教學過程中的主體地位。通過自己動手進行仿真實驗并分析其結果后，學生能夠有所收獲，有所提高，與被動接受相比，這種熱情是自發的、內在的，具有長久和深刻的效果。

（一）“核電廠系統與設備”教學中仿真軟件的選擇

研究型教學模式通常需要依托案例分析教學、任務驅動教學等先進的教學方法。首先需要選擇一個好的“核電廠系統與設備”綜合性仿真軟件，利用這一仿真軟件，教師可以選擇恰當的案例進行展開，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、適應性和系統性是需要考慮的三個重要因素。

1. 典型性

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

2. 適應性

適應性是指所采用的仿真軟件中涉及的知識點應與本門課程多數知識內容相一致，這樣通過這一仿真軟件，可完成課堂多個知識點的傳授和實踐鞏固。適應性的另一方面是深度和工作量適度。知識點太深，學生會感到畏難，不能理解；而工作量太大，學生會產生厭倦情緒。因此，選擇符合“核電廠系統與設備”課程教學需要的仿真軟件是非常重要的。

3. 系統性

系統性是指仿真軟件可以開展多個與課程相關的案例，可以實現研究性教學環節與課堂教學的緊密結合，能使學生在學習課程知識時做到前后承接、融會貫通。

（二）研究型教學模式中仿真平臺的選擇舉例

由于目前我校“核電廠系統與設備”課程未獨立設置實驗課程，加之總的課時數少，因此必須選擇合適的仿真軟件。PCTran/CPR1000是一款使用簡單方便、能描述核電廠系統與設備，可以自主設定CPR1000型核電廠初始仿真條件如反應堆功率、堆芯運行壓力和蒸汽發生器運行壓力等，并可以設定事故延遲時間的核電廠仿真軟件。學生可通過設置和調節這些條件參數進行仿真實驗。目前我校已將PCTran/CPR1000仿真系統用于“核電廠系統與設備”的研究型教學模式。

以“CPR1000主蒸汽管道破裂事故仿真”為實例，利用PCTran/CPR1000仿真系統，在了解CPR1000運行及控制模式的基礎上，通過設定初始運行條件、選擇蒸汽發生器主管道破裂事故并在運行后導出事故工況下的瞬態曲線和瞬態數據報告，作為進一步理解核電廠系統與設備，分析核電廠運行及安全的主要依據。

1. 了解PCTran/CPR1000仿真系統

學生通過閱讀PCTran/CPR1000說明書，可以掌握PCTran/CPR1000的使用方法并了解CPR1000的運行及控制模式。PCTran/CPR1000運行界面如圖1所示，圖中給出了CPR1000壓水堆一回路系統的基本構成示意圖，運行過程中可以觀測各個部件的流量、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堆中蒸汽發生器主蒸汽管道破裂造成大量蒸汽外噴的事故。蒸汽發生器管道破裂事故其原因可能是過大的機械應力或熱應力、制造時的缺陷、內部飛射物或由于地震。通過模擬CPR1000的主蒸汽發生器管道破裂事故可以更深層次的熟悉理解反應堆的運行特點，為學生掌握和擴展核反應堆安全相關知識提供良好的機會。運行過程中，主要的部分結果如圖2所示，給出了堆芯燃料溫度和包殼溫度隨時間的變化曲線。

三、結束語

“核電廠系統與設備”課程具有很強的專業性和工程實用性，同時核電廠系統與設備構成與運行工況復雜，傳統的課堂教學具有一定的局限性，難以滿足培養綜合型和創新型核電技術人才的需要。將仿真技術用于“核電廠系統與設備”課程研究型教學模式，通過對于核電廠系統與設備運行狀態的可視化，由學生設定核電廠運行工況，結合理論知識，不僅能讓學生對“核電廠系統與設備”有更加深刻的感性認識，更能有力地培養學生分析和解決問題的能力，激發學生學習和研究的積極性，對實踐教學的改革也有一定的指導意義。

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