成果導(dǎo)向下的核電廠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與有限元方法課程教學(xué)研究

李向賓　黃美　趙強(qiáng)

摘? 要：當(dāng)前，成果導(dǎo)向作為我國(guó)正在大力推進(jìn)的工程教育認(rèn)證的三大核心理念之一，正在被日益應(yīng)用于課堂教學(xué)改革。具體到核工程與核技術(shù)專業(yè)，如何利用基于成果導(dǎo)向的案例教學(xué)來(lái)促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)，提高工程教育質(zhì)量，尚未見大量報(bào)道。該文基于一教學(xué)案例，依成果導(dǎo)向教育理念設(shè)計(jì)課堂教學(xué)過(guò)程，轉(zhuǎn)變教學(xué)主體，以達(dá)到更為有效的教學(xué)產(chǎn)出。

關(guān)鍵詞：成果導(dǎo)向? 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)? 教學(xué)理念

中圖分類號(hào)：G642 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）11（b）-0143-02

目前，華北電力大學(xué)核科學(xué)與工程學(xué)院正在積極推進(jìn)核工程與核技術(shù)專業(yè)的工程教育認(rèn)證。此次認(rèn)證對(duì)于提高核學(xué)科的競(jìng)爭(zhēng)力，建立長(zhǎng)效的教學(xué)管理機(jī)制，加強(qiáng)工程實(shí)踐教育，提高工程教育質(zhì)量，推進(jìn)該校“雙一流”建設(shè)具有積極意義。作為工程教育認(rèn)證的三大核心理念之一，成果導(dǎo)向教育也受到了廣泛的重視[1-2]。所謂成果導(dǎo)向，是指教學(xué)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是學(xué)生通過(guò)教育過(guò)程最后能取得學(xué)習(xí)成果，強(qiáng)調(diào)學(xué)生“學(xué)到了什么”，而不是教師“講授了什么”。學(xué)生從學(xué)習(xí)之初就有明確目標(biāo)和預(yù)期表現(xiàn)，教師應(yīng)協(xié)助學(xué)生獲得成果。可以說(shuō)，成果導(dǎo)向的教育模式與之前傳統(tǒng)教育方式相比，更聚焦于成果，而不是過(guò)程。研究生優(yōu)質(zhì)課程建設(shè)作為學(xué)校“雙一流”建設(shè)的一部分，也正在深入探索相關(guān)的教學(xué)改革，以進(jìn)一步提高研究生培養(yǎng)質(zhì)量。

《核電廠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與有限元分析方法》作為華北電力大學(xué)核工程專業(yè)研究生課程中的專業(yè)學(xué)位課，在該專業(yè)研究生課程體系中占有非常重要的地位。通過(guò)此課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以掌握核反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及抗震設(shè)計(jì)的相關(guān)固體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)及計(jì)算、設(shè)計(jì)方法，為以后的相關(guān)工作和科學(xué)研究奠定一定的基礎(chǔ)。該文以此課程的基礎(chǔ)部分——反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)教學(xué)為依托，探討成果導(dǎo)向在研究生和本科生課堂教學(xué)中的應(yīng)用。

1? 教學(xué)實(shí)施過(guò)程

以成果導(dǎo)向來(lái)指導(dǎo)課堂教學(xué)，實(shí)際上是一個(gè)反向設(shè)計(jì)的過(guò)程。例如，課程中的蒸汽發(fā)生器支撐板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[3]，屬于典型的復(fù)雜工程問(wèn)題，涉及到多學(xué)科知識(shí)、多方面因素，需要借助多種手段進(jìn)行分析，具有較高的綜合性，其基本的教學(xué)實(shí)施過(guò)程如下。

1.1 確定學(xué)習(xí)成果

首先，教師可以介紹基本背景知識(shí)，借以引出學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)要得到的成果，這是與以往傳統(tǒng)的按部就班授課最大的不同。此案例中，蒸汽發(fā)生器支撐板的功能就是為傳熱管提供橫向支撐，以減少振動(dòng)，同時(shí)又不能使傳熱管過(guò)度磨損而發(fā)生破壞。此處的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于管孔部分。歷史上管孔的結(jié)構(gòu)有4種形式：圓形孔、四葉梅花孔、三葉梅花孔以及柵格形。這里所說(shuō)的管孔形式就是此案例教學(xué)要得到的成果。通過(guò)此課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)該獲得相關(guān)管孔形式的設(shè)計(jì)原理。此后的教學(xué)過(guò)程將圍繞上述問(wèn)題一一展開，直至問(wèn)題得到圓滿解答。

1.2 設(shè)計(jì)具體教學(xué)過(guò)程

在明晰的教學(xué)目標(biāo)（成果）指引下，需要進(jìn)行合理的教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，整合相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，使研究生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中能夠“知其然，更知其所以然”，從而培養(yǎng)研究生的自我分析能力以及多學(xué)科交叉思維能力，達(dá)到提高其解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的目的，做到學(xué)以致用。此案例教學(xué)內(nèi)容的基本思路如下。

（1）支撐板工作環(huán)境描述。首先，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是為了滿足其對(duì)應(yīng)的功能要求，所以有必要了解二回路的工作環(huán)境。核電站最關(guān)心的問(wèn)題就是核安全，由此可以引出傳熱管的破損事故對(duì)蒸汽發(fā)生器壽命的影響。而為了更有針對(duì)性地進(jìn)行有效設(shè)計(jì)，需了解傳熱管破損的主要原因。

（2）傳熱管破損的主要原因。此部分內(nèi)容會(huì)涉及到流體力學(xué)、機(jī)械、材料及水化學(xué)的相關(guān)理論，所以需要學(xué)生具備一定的先修知識(shí)。教師可從對(duì)應(yīng)方面加以引導(dǎo)，啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行討論，并適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行補(bǔ)充完善，同時(shí)注意各部分的關(guān)聯(lián)性。

（3）支撐板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在解決二回路水質(zhì)問(wèn)題后，為進(jìn)一步減少傳熱管破損幾率，還需要選擇抗磨蝕的材料作為支撐板，同時(shí)在支撐板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上不斷改進(jìn)，后者也是此案例的重點(diǎn)。此部分會(huì)用到流體力學(xué)、傳熱學(xué)等方面的知識(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生深入分析不同支撐板開孔形式的優(yōu)缺點(diǎn)。

1.3 改進(jìn)教學(xué)方法

工程教育認(rèn)證的一大教育理念就是以學(xué)生為中心，應(yīng)積極從教師教到學(xué)生學(xué)轉(zhuǎn)變;尤其是研究生教學(xué)，更應(yīng)重視研究生的研究能力的鍛煉和培養(yǎng)。因此，應(yīng)從兩方面進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)。

1.3.1 改進(jìn)教師“教”的過(guò)程

課堂上要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，使學(xué)生主動(dòng)參與甚至主導(dǎo)課堂教學(xué)進(jìn)程，而不是成為教師的“一言堂”。教師的作用重在組織、引導(dǎo)并適當(dāng)總結(jié)、解惑，而不是簡(jiǎn)單知識(shí)的“中轉(zhuǎn)”，因此也對(duì)教師提出了更高的要求。一般來(lái)說(shuō)，可以采用新型教學(xué)方法：?jiǎn)l(fā)式教學(xué)、討論式教學(xué)、案例教學(xué)等。最能調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性的屬討論式教學(xué)（或討論課堂），相對(duì)于傳統(tǒng)的“沉默課堂”“應(yīng)答課堂”而言，可以在分組形式下，使每名學(xué)生都充分參與討論并主動(dòng)思考，更能加深學(xué)生的理解程度。而在當(dāng)前新形勢(shì)下，基于新的信息化手段開展的智慧課堂教學(xué)也正在如火如荼地展開，例如，該校已經(jīng)引進(jìn)的超星學(xué)習(xí)通、雨課堂教學(xué)等，可以在課堂教學(xué)中隨時(shí)發(fā)起提問(wèn)、進(jìn)行課堂小測(cè)驗(yàn)，并實(shí)時(shí)給出統(tǒng)計(jì)結(jié)果，在活躍課堂氣氛方面助力不小，教師們也可以嘗試使用。同時(shí)，由于該案例涉及了機(jī)械設(shè)計(jì)、水化學(xué)、材料學(xué)、流體力學(xué)等多學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)理論，應(yīng)注意各知識(shí)點(diǎn)之間的跨越和銜接關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行開放性思維，使學(xué)生不局限于一門課，而是從工程的角度去分析和解決相關(guān)問(wèn)題，達(dá)到學(xué)以致用的目的。

1.3.2 優(yōu)化學(xué)生“學(xué)”的過(guò)程

傳統(tǒng)教學(xué)形式下，學(xué)生多注重于課堂聽講、記筆記，并通過(guò)課后復(fù)習(xí)來(lái)達(dá)到學(xué)習(xí)效果，但是對(duì)課前預(yù)習(xí)則沒(méi)有過(guò)多重視，導(dǎo)致學(xué)生在聽講時(shí)大部分面對(duì)的是新知識(shí);這就要求教師首先要依據(jù)教材內(nèi)容詳細(xì)講解，而學(xué)生只能被動(dòng)地跟隨，缺乏自我思考的時(shí)間和能力，更有悖于研究生教育的目的。另一方面，在當(dāng)前信息時(shí)代，學(xué)生們獲得知識(shí)的途徑更多樣化。因此，新型教學(xué)方式要求學(xué)生們借助于網(wǎng)絡(luò)等手段，進(jìn)一步加強(qiáng)課前預(yù)習(xí)，使學(xué)生在已掌握基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上，帶著問(wèn)題進(jìn)入課堂討論環(huán)節(jié);并在討論時(shí)注意引導(dǎo)，做到使每名學(xué)生都發(fā)言，“強(qiáng)迫”學(xué)生思考，并通過(guò)討論解決問(wèn)題、加深對(duì)知識(shí)的理解和掌握、培養(yǎng)更開闊的思路和更全面的解決問(wèn)題的能力。

1.4 收集教學(xué)反饋

教學(xué)反饋包括教學(xué)過(guò)程中的實(shí)時(shí)反饋和課后反饋等多個(gè)方面。相對(duì)傳統(tǒng)教育按部就班的順序講授，成果導(dǎo)向教育更注重于知識(shí)的整合，難免有部分學(xué)生存在不適應(yīng)現(xiàn)象。因此，及時(shí)的互動(dòng)溝通和反饋有助于教師課堂教學(xué)的持續(xù)改進(jìn)，以進(jìn)一步促進(jìn)教學(xué)主體的轉(zhuǎn)變。

2? 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，我國(guó)核電仍處于大力發(fā)展階段，對(duì)高素質(zhì)人才的需求依然迫切。教師應(yīng)依托學(xué)校“雙一流”建設(shè)規(guī)劃，積極探索核工程類研究生課程教學(xué)改革方式，推進(jìn)成果導(dǎo)向教育，結(jié)合新型教學(xué)方法，使學(xué)生能夠在明確的教學(xué)目標(biāo)指引下，獲得對(duì)應(yīng)的成果，并能夠在學(xué)習(xí)的過(guò)程中發(fā)散思維，提高自身解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，并能夠更好地實(shí)現(xiàn)自身價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] Spady W.G. Choosing Outcomes of Significance[J].Educational Leadership，1994，51（6）：18-22.

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[3] 廣東核電培訓(xùn)中心.900MW壓水堆核電站系統(tǒng)與設(shè)備[M].北京：原子能出版社，2004.