加州大學伯克利分校核工程專業本科創新人才培養研究

邱璽玉，邵劍雄*，楊愛香，朱定軍，尹永智，陳熙萌

摘? 要：我國提出在21世紀中葉實現“碳達峰”“碳中和”，在實現此節能降碳發展目標的進程中，核能及核技術越來越受到關注，是發展清潔能源的重要方向。該文針對我國核工程類人才培養方案的現狀和在新時代對核專業人才的新需求，深入梳理分析加州大學伯克利分校核工程專業的人才培養理念、專業設置與課程體系、科研創新實踐活動等做法。該校強調學生學習體驗，培養一大批具有全局觀念、創新思維的專業人才，對進一步優化適合我國國情的核工程類人才培養方案有借鑒意義。

關鍵詞：核工程專業；本科；人才培養；課程設置；學習體驗

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）11-0008-06

Abstract： Our country proposes to achieve "carbon peak"， "carbon neutrality" in the middle of 21st century， and in the process of realizing this development goal of energy saving and carbon reduction， nuclear energy and nuclear technology have attracted more attentions， and are the important direction of the development of clean energy. Aiming at the current situation of nuclear engineering talent training program in China and the new demands for nuclear professionals in the new era， this work deeply analyzed the education mission， major and curriculum system setting， scientific research and innovation practice activities of The nuclear engineering major in UC Berkeley. This major emphasizes students' learning experience and cultivates a large number of professionals with global concepts and innovative thinking， it is helpful for further optimizing the nuclear engineering personnel training program suitable for our country.

Keywords： Nuclear Engineering major; undergraduate education; personnel training; curriculum system; academic experience

核產業是綠色產業，核能是綠色能源。實現“碳達峰”“碳中和”，是以習近平同志為核心的黨中央統籌國內國際兩個大局作出的重大戰略決策，是著力解決資源環境約束突出問題、實現中華民族永續發展的必然選擇[1]。美國能源部發布的《邁向100%清潔電力之路》報告認為，核能是一種負荷因子超過90%的清潔基荷能源，能夠為電網運營提供靈活性，推進現有核電廠延壽以及未來建設先進核電廠是美實現100%清潔電力的必由之路[2]。在此背景下，在國家有序、高效發展核能的今天，核產業在“碳達峰”“碳中和”目標實現過程中將會有越來越重要的貢獻，按照“十四五”規劃，到2025年，我國核電總裝機容量將達到7 000萬千瓦；到2035年，我國核電發電量占全國發電量比例也有望達到10%左右[3]。核工程是高度跨學科領域，對建設高質量核產業起到重要的夯基作用；核安全是實現高質量核產業的保障，是國家總體安全觀的重要組成部分。新時代，國家對高質量核專業相關人才的需求比以往任何時候都更加強烈。因此，培養高質量、創新性核工程專業本科人才是新時代的迫切需求，是建設新型、高效核產業的關鍵基礎。

此外，工程教育專業認證是實現工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎。自我國成為《華盛頓協議》[4]會員國以來，我國對于工程教育認證的理念、標準等均發生了較大變化，對各類工程專業建設提出了更高的要求。進一步完善核工程專業課程體系建設，對于提升本科教育教學質量、培養符合國家戰略需求的高素質專業人才、服務地方經濟社會發展等具有非常關鍵的作用。

加州大學伯克利分校的工程學處于美國工程科學領域的最前沿[5]，尤其核工程項目久負盛名。加州大學伯克利分校核工程系成立于1958年，與毗鄰的勞倫斯伯克利國家實驗室、勞倫斯利弗莫爾國家實驗室和洛斯阿拉莫斯國家實驗室有著密切合作，使學生有機會獲得更廣闊的跨學科科學訓練[6]。該系畢業生常受雇于美國學術界、工業界、國家實驗室、州和聯邦機構，在海外也廣受歡迎。

調研、分析加州大學伯克利分校核工程專業的人才培養體系對完善我國相關專業的人才培養方案具有很好的借鑒意義，為加速建設世界一流核工程及核技術專業大有助益。

一? 加州大學伯克利分校的本科教育理念

加州大學伯克利分校是美國公立研究性大學的典型代表，從20世紀90年代起，致力于本科教育的改革與創新，真正把本科教育作為研究型大學的核心使命。加州大學伯克利分校認為能為學生做的最重要的事情之一，不僅僅是教授他們特定的知識和技能，而是幫助他們將自己的興趣與職業道路相匹配。在這樣的理念指引下，提出了一系列以學生學習為中心的改善本科教育教學質量的方案與措施，包括幫助新生完成高中生向本科生的過渡、關注學生學習過程、優化專業教學資源與結構、構建校園學習互助體系等等[7-8]。加州大學伯克利分校工程學院核工程系的本科教育宗旨是通過提升和應用核科學與技術來維持并強化加州大學唯一的卓越核工程教育和研究中心，并為加州和國家服務。本科生培養宗旨是培養領導者、創造知識、服務社會，使學生獲得能受益一生的技術能力，在學術研究、政府管理、國家實驗室以及工業領域成長為專業領導人才。為此，加州大學伯克利分校核工程（NE）項目（本科生）設定了培養本科生的五個關鍵目標：①運用扎實的基礎數學和自然（物理和生物）科學知識，為工程應用奠定基礎。②了解核過程，并將一般自然科學和工程原理應用于當前或未來對社會重要的核及相關系統的分析和設計。③具有較強的獨立學習、分析和解決問題的能力，特別強調設計、溝通和團隊合作能力。④展示對核工程實踐的社會、倫理、安全和環境的理解。⑤重視并實踐終身學習。

為更好地適應行業發展趨勢，加州大學伯克利分校核工程系不斷在內部審查這些目標的時代適應性，以確保其滿足學生、社會當前的需求，每年春季項目咨詢委員會開會審查項目并提出修改建議，以更好地為學生服務。該咨詢委員會成立于1988年，由工業界、國家實驗室和學術界的高級領導組成。通過四年的學習，加州大學伯克利分校的核工程專業為本科生在工業、國家實驗室、州和聯邦機構以及學術界（研究生研究項目）等領域就業或深造做好準備。

二? 核工程專業設置與課程體系

（一）? 核工程專業設置

加州大學伯克利分校工程學院設有航空航天工程、生物工程、土木與環境工程、電氣工程與計算機科學、工程科學、工業工程與運籌學、材料科學與工程、機械工程以及核工程九個工程類專業。申請就讀工程學院的本科生需申請進入工程學院的特定專業學習，加州大學伯克利分校的學生通過更改學院申請進入工程專業的可能性很小。

就讀于加州大學伯克利分校工程學院的多數學生在完成本科學業后，將繼續深造完成學制為一年的碩士學位項目（該部門沒有五年的碩士項目）。對科學研究或大學教學感興趣的學生可以繼續完成博士學位。

核工程系與工學院其他院系設有3個聯合專業，與化學系設有1個聯合專業，分別是化學工程/核工程（化學學院化學與生物分子工程系）、電氣工程與計算機科學/核工程（電氣工程與計算機科學系）、材料科學與工程/核工程（材料科學與工程系）以及機械工程/核工程（機械工程系）。

（二）? 核工程專業課程設置特點

加州大學伯克利分校核工程專業本科生項目旨在為學生在工業、國家實驗室或州或聯邦監管機構的職業生涯做好準備，達到該項目要求后學生可獲得核工程學士學位。新生在入學之初可通過查閱學生導讀手冊（Berkeley Academic Guide2023-24）來了解專業相關的課程體系、培養方案以及畢業要求等。該系本科生畢業條件由加州大學學校要求（University of California Requirements）、加州大學伯克利分校要求（Campus Requirements）以及學院要求（College Requirements）共同組成。其中加州大學要求規定新入學學生的英語寫作水平須達到入學水平要求（Entry Level Writing Requirement， ELWP），同時需修滿美國歷史和制度（American History and Institutions Requirements）等課程，達到規定的學分要求。加州大學伯克利分校要求學生需修讀關于美國文化的課程且得分不低于C。加州大學伯克利分校開設了多達20門次美國文化、制度、歷史相關的課程供不同年級學生選修。學院要求則對專業學生的修學課程體系及績點提出了明確要求。

該系的研究重點集中在核工程的以下領域：核反應與輻射、核醫學成像、核反應堆理論與設計、聚變動力工程、放射性廢物管理、輻射與生物物理學和核材料等，為提升本科生培養質量、幫助學生奠定堅實的理論基礎與實踐創新開發能力，核工程系周密地設置了課程體系，并且將學生未來可能參與或主導具體工程項目所需的知識儲備對應課程通過課程群導圖形式展示出來，以便學生在選課時更有針對性，如圖1 所示。通過查閱核工程系2023級本科生培養計劃及學生導讀手冊，其課程設置安排見表1[9]。

由表1可以發現，該系的課程體系具有很強的針對性，對培養、提升數理思維能力、工程應用體系、創新應用實踐等設置了詳細的培養環節，對培養學生應用數理知識描繪、破解核工程相關的技術問題能力有很強的系統方案。通過設置微積分、多元微積分、線性代數與微分方程、統計與數據分析、科學與工程物理、工程熱力學以及科學與工程中的程序設計等課程，培養學生具有堅定的數學物理基礎以及核工程中常用的模擬計算能力；進一步通過開設核工程導論、反應堆理論、輻射測量與儀器、核系統設計等專業課程，將數理基礎能力服務于專業知識構建，提升了學習的系統性。加州大學伯克利分校核工程專業本科生須至少完成120個學分才能獲得本科學士學位，其中英語入門寫作和美國歷史與機制是加州大學伯克利分校制定的校級畢業要求，可通過工學院制定的培養方案完成。例如，為了使學生獲得更加豐富多樣的教育體驗，在每個專業的技術要求之外，工程學院在所有的學習項目中都加入了人文和社會科學（H/SS）的廣度要求，核工程系要求學生在最短3學期（或4季度）修完至少6個學分的人文和社會科學課程，其中2學分用于選修閱讀與寫作（成績至少達到C-），另外4學分須在規定的學校通選課程清單（如美國歷史、美國制度、美國文化、藝術與文學、歷史研究、國際研究、哲學與價值、社會與行為科學）中選修完成。其中3學分必須在一年級結束前完成，并且有2學分是通過選修高年級階段課程（課程編號100—196）獲得。此外，核工程系還提供了包含束流與加速器應用、裂變電力工程、聚變電力工程、數學計算方法、國土安全與防擴散、核材料、核燃料循環和廢物管理、輻射與健康物理學、風險、安全和系統分析等多達60門的高年級階段選修課程，見表2，以此來幫助本科生將其選擇集中在特定的專業技能目標上，在最大程度上體現突出學生體驗教育、融合學生職業生涯發展的教育理念。

（三）? 輔修專業課程設置

加州大學伯克利分校核工程系為對核工程相關領域具有興趣的本科生提供了學習機會，這部分學生可以選擇核工程作為輔修專業。通常，輔修專業學生需要研習的專業課程比本科專業少，但為其本科教育提供了更好的深度和廣度。工程學院不提供額外的時間完成輔修課程，但通常可以通過精心設計課程規劃在規定的時間內達到輔修學位要求。鼓勵學生與其ESS顧問會面，討論完成輔修課程的可行性。

輔修專業要求：所有申請參加輔修專業的學生需滿足一定條件方可被錄取，具體條件如下。

1）所有申請人必須在不遲于預期畢業學期（EGT）前一個學期申報。

2）為滿足輔修要求而修的所有課程必須計入學分。

3）最低總平均成績（GPA）為3.0，先決課程的最低GPA為3.0。

4）用于滿足輔修要求的課程要求的最低平均績點（GPA）為2.0。

5）不得使用超過一門高年級課程同時滿足學生主修和副修課程的要求。

6）輔修課程的完成不能耽誤學生的畢業。

達到此要求的非工程專業本科生通過修讀相應的核工程課程，可以獲得該系的學士學位。為減小輔修學生的修學壓力，該系也優化了輔修專業的課程培養體系，在一定范圍內可實現學分互認，但為實現培養質量不打折扣，對專業類課程的要求并沒有降低。表3列出了低年級先修課程，而高年級課程須在課程標號為100以上的課程中至少選修四門即可。

表3? 低年級先修課程（輔修）

（四）? 強調學生教育體驗

為增強學生教育獲得感、切實提升本科生創新創造能力，加州大學伯克利分校強調學生教育體驗[10]，該校核工程系制定了一系列措施來幫助學生成長成才。

1? Berkeley Connect課程

Berkeley Connect是針對本科生開展的指導項目，為各個層次的本科生提供了結識優秀研究生、思維碰撞與探討目標的支持性環境。在常規課程之外，該項目旨在幫助學生建立理解、歸屬感和職業準備。在整個學期中，通過與研究生和教師的交流探討，學生將對感興趣的問題獲得全方位的深入了解。這些由研究生主持的小組會議，包括：參觀校園和國家實驗室的研究實驗室，與教師、科學家和研究生進行交談；為學生提供廣泛的職業介紹，包括學術界以外的職業領域；討論新聞、學術、社會中所涉及到的科學內容；提供在校園尋找研究機會、實習等的資源；培養成為有吸引力的本科生研究候選人的技能；關于科學模型的思維探索；建立一個物理學學生科學家的交流社區。

2? 導師指導計劃

核工程系教師將為該系本科生擔任學術導師。學術導師會幫助學生評估其所選擇的課程體系是否滿足獲得學士學位的必須要求；進一步幫助選擇工程課程，根據本科生的目標規劃其課程體系，尋找或提供研究機會，并使學生獲得關于所選擇的職業道路的信息。

3? 新生研討會

加州大學伯克利分校設立新生和大二學生的研討會源于這樣一種信念，即早期與教職員工的智力接觸將大大提高學生在學校的本科學習主動性與專業認同感。幾乎每個學院的教授每學期都會聯合起來舉辦一系列令人印象深刻的研討會。核工程系的本科生研討會，強調互動和討論，為低年級學生提供了一個前所未有的機會，可以探索更為廣泛的專業類別，甚至是通常只為研究生開放的研究領域。

三? 研究類課程與科研實踐活動

（一）? 研究類課程設置

正如加州大學伯克利分校的辦學宗旨中提到的，要鍛煉學生解決問題、終生學習的能力。加州大學伯克利分校一直非常注重通過科學研究來鍛煉此方面的能力，為更好達成這樣的人才培養效果，在本科學習階段，針對不同的專業背景，開設了形式多樣的研究類課程。核工程專業為本科生開設了Honors Undergraduate Research、Group study for advanced undergraduates、Supervised Independent Study等課程，其中Honors Undergraduate Research課程為導師指導的研究。只有完成了三門及以上高階課程的同學可以申請在教授指導下開展原創性研究，課程結束后需提交研究報告或成果展示一份。

（二）? 科研實踐活動

加州大學伯克利分校歷來非常重視本科生參與科學研究活動[11]。成立了本科生研究與獎學金辦公室（簡稱OURS），專門負責如何引導本科生參與到科學研究中，其使命是將本科生融入加州大學伯克利分校的研究生活，并通過一系列項目、研討會和有影響力的建議，促進對體驗式學習機會和全國競爭獎學金的追求[12]。OURS開發了形式多樣的本科生研究項目，比如本科研究學徒計劃（URAP）為本科生提供了與教職員工和研究人員一起研究前沿研究熱點的機會。與導師密切合作，學生將加深他們在特殊興趣領域的知識和技能。該計劃旨在激發對先進研究的認識和對研究生學習的興趣。學生每完成3個小時的研究工作就可以獲得1個學分（每學期限制為4個學分）。作為學徒，可以參與學院的研究工作，學習先進的研究技能，探索感興趣的領域，并了解在世界一流的研究機構做一名學者是什么感覺。比如2023年春季，核工程系提供了“基于閃爍體的中子探測及應用”“機器學習在核安全領域的應用”“核物理文獻管理軟件開發”等項目。

本科生暑期研究獎學金項目（SURF）有兩種資助形式。第一種是SURF L&S為文學與科學學院的本科生提供資金，以進行集中的夏季研究，為畢業論文或其他主要頂點項目做準備。研究員將獲得5 000美元的夏季津貼。SURF L&S項目須在進入最后一年或最后一個學期時才能申請執行，并且沒有其他研究經費。本項目申請人必須是加州大學伯克利分校的在冊生，并且平均績點不低于3.0，有望在2023年秋季或2024年春季畢業，在夏季至少花八周的時間全職從事研究工作。同時需提交一個獨立的研究計劃，并且在夏季完成，并將有以研究論文或其他頂點項目作為成果以達到研究要求。支持教師研究的學生不符合SURF L&S的資格。此外，需有一位加州大學伯克利分校的教職員工（教授或講師）的全力指導。在UCSF、CHORI或LBNL實驗室進行獨立研究的學生還必須有一名加州大學伯克利分校的教員共同贊助，該教員將指導其畢業論文或頂點項目。另一種是暑期本科生研究獎學羅斯希爾項目（SURF Rose Hills），該項目支持加州大學在冊二年級、三年級和四年級平均績點達到3.5的學生在夏季進行科學研究。學生可以從事教師主導的項目，也可以從事自己設計的獨立項目，產出高質量研究成果。獲得資助的同學將獲得5 000美元的夏季津貼。

哈斯獎助項目（Haas Scholars Program）每年遴選20名高素質、有學術天賦、有經濟需要的本科生在加州大學伯克利分校的最后一年聚集在一起，建立一個支持性、追求卓越的知識社區。申請人的評估入圍主要基于其獨立研究或創意項目的優勢和獨創性，這些項目將作為高級論文或榮譽論文的基礎。一旦入選，哈斯學者將得到加州大學伯克利分校教師的密切指導，參與研討會和講習班，以協助他們進行研究和寫作過程，有機會在專業會議上展示他們的作品，每人最多可獲得1.38萬美元的經濟支持。哈斯獎學金的校友們都成為了各自領域的領導者，包括學術界、醫學界、法律界、工業界、藝術界和公共服務界。

加州大學伯克利分校一貫堅持，與一流的教師一起學習僅僅是個開始，在其實驗室和工作室工作，站在專業領域的最前沿，同學們可以真正把所接受的工程教育轉化為解決具體問題的能力，增強科研經驗和實踐技能，進一步使學生無論在研究生學習還是未來就業的選擇中增加亮點。

四? 結束語

通過優化課程設置、引導本科生參與科學研究與工程項目等系列措施，加州大學伯克利分校核工程系為本科生掌握核工程基礎知識、培養創新思維、服務核工業發展提供了系統訓練，為構筑安全核能應用環境、儲備核工程技術與管理后備人才奠定了堅實的基礎。我國正處于實現“雙碳”目標的關鍵節點上，而核能及相關技術安全、高效發展對實現該目標大有助益，核相關領域對高素質專業人才的需求比以往都更加強烈，通過調研、分析加州大學伯克利分校的核工程專業人才培養模式及其課程體系設置，對標我國現行核工程專業人才培養現狀以及未來我國規劃的核能發展路徑，對進一步提升、優化我國相關專業的人才培養方案很有借鑒意義。

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（蘭州大學，蘭州 730000）