“核电厂系统与设备”课程研究型教学模式的探索与实践

曾文杰　王海　何丽华　程品晶　谢金森

摘 要：采用研究型教学模式的实验教学课程对学生创新素质培养有重要的实际意义。在“核电厂系统与设备”的课堂教学中转变传统的教学理念，将仿真技术引入教学中，将为传统的基于书本和实物模型的教学到研究型教学模式的运用提供广阔的空间。以PCTran仿真软件为依托，开展“核电厂系统与设备”课程的实验教学。教学实践证明，利用仿真技术是实现“核电厂系统与设备”由传统型教学到研究型教学的良好手段。

关键词：核电厂系统与设备；研究型教学；仿真技术

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2017）03-0097-02

引言

传统型教学模式主要以教师为中心，学生只是被动的参与者。这种教学模式在方法上是灌输和强制的，没有给予学生主动发挥的空间，不能充分挖掘学生的学习创新能力。随着现代高等教育的不断发展，传统“满堂灌”的课堂教学模式被摒弃，研究型教学模式逐渐得到应用，使得教学效果得到了改进。

“核电厂系统与设备”是核工程与核技术专业的一门必修课程，课程主要阐述核电厂的基本原理、核电厂的主要设备及主要辅助系统等。该课程的主要特点是具有明确的实际应用背景，在教学过程中，必须注重与实际相结合。考虑到课堂教学的局限性及核电厂的特殊性，利用仿真技术，开展研究型教学，不仅可以提高学生的学生兴趣，同时还能挖掘学生的创造潜能。

一、开展研究型教学模式的意义

在大学教育中开展研究型教学有利于培养创新型人才。近年来，随着高等教育改革的深入开展，国内大学正逐步开展研究型教学的研究与实践。一些先进的研究型教学方法，如案例教学法、任务驱动法等方法，都得到了教育工作者的广泛关注。

研究型教学模式是以培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力和创新精神为教育目标的教学模式。对于工科院校，不仅要在实践性教学环节中开展研究型教学，也要在理论教学层面采用研究型教学模式。传统型教学模式下，理论课堂通常是教师的一言堂，只有教师在讲，没有学生发挥的空间。显然，这样的教学模式不仅无法激发学生的学习兴趣，还会制约学生创新型意识和创新能力的培养。

“核电厂系统与设备”是一门专业性及工程应用性强的课程。采用研究型教学模式开展教学不仅有助于学生更好地掌握课堂理论知识，更可以激发学习兴趣，培养他们科学钻研的习惯和能力。

二、仿真技术辅助教学是实现研究型教学的良好手段

在“核电厂系统与设备”教学过程中，借助仿真技术，紧密结合多媒体课件教学，创新教学方式，不仅可以有效调动学生自主学习的积极性，激发学生求知欲和创新性，而且可以弥补理论课堂教学中真实实验平台无法开展或高危险的实验教学资源不足；同时也可以不受学时限制，从而更能进一步确立学生在教学过程中的主体地位。通过自己动手进行仿真实验并分析其结果后，学生能够有所收获，有所提高，与被动接受相比，这种热情是自发的、内在的，具有长久和深刻的效果。

（一）“核电厂系统与设备”教学中仿真软件的选择

研究型教学模式通常需要依托案例分析教学、任务驱动教学等先进的教学方法。首先需要选择一个好的“核电厂系统与设备”综合性仿真软件，利用这一仿真软件，教师可以选择恰当的案例进行展开，可以使前后传授的知识得到较好的衔接。在仿真软件的选择上，典型性、适应性和系统性是需要考虑的三个重要因素。

1. 典型性

典型性是指所选择的仿真软件应具有广泛的应用背景，是广大学生容易接觸、感性认知到的。采用这一仿真软件，学生容易理解和接受。

2. 适应性

适应性是指所采用的仿真软件中涉及的知识点应与本门课程多数知识内容相一致，这样通过这一仿真软件，可完成课堂多个知识点的传授和实践巩固。适应性的另一方面是深度和工作量适度。知识点太深，学生会感到畏难，不能理解；而工作量太大，学生会产生厌倦情绪。因此，选择符合“核电厂系统与设备”课程教学需要的仿真软件是非常重要的。

3. 系统性

系统性是指仿真软件可以开展多个与课程相关的案例，可以实现研究性教学环节与课堂教学的紧密结合，能使学生在学习课程知识时做到前后承接、融会贯通。

（二）研究型教学模式中仿真平台的选择举例

由于目前我校“核电厂系统与设备”课程未独立设置实验课程，加之总的课时数少，因此必须选择合适的仿真软件。PCTran/CPR1000是一款使用简单方便、能描述核电厂系统与设备，可以自主设定CPR1000型核电厂初始仿真条件如反应堆功率、堆芯运行压力和蒸汽发生器运行压力等，并可以设定事故延迟时间的核电厂仿真软件。学生可通过设置和调节这些条件参数进行仿真实验。目前我校已将PCTran/CPR1000仿真系统用于“核电厂系统与设备”的研究型教学模式。

以“CPR1000主蒸汽管道破裂事故仿真”为实例，利用PCTran/CPR1000仿真系统，在了解CPR1000运行及控制模式的基础上，通过设定初始运行条件、选择蒸汽发生器主管道破裂事故并在运行后导出事故工况下的瞬态曲线和瞬态数据报告，作为进一步理解核电厂系统与设备，分析核电厂运行及安全的主要依据。

1. 了解PCTran/CPR1000仿真系统

学生通过阅读PCTran/CPR1000说明书，可以掌握PCTran/CPR1000的使用方法并了解CPR1000的运行及控制模式。PCTran/CPR1000运行界面如图1所示，图中给出了CPR1000压水堆一回路系统的基本构成示意图，运行过程中可以观测各个部件的流量、温度和压力变化。

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应堆中蒸汽发生器主蒸汽管道破裂造成大量蒸汽外喷的事故。蒸汽发生器管道破裂事故其原因可能是过大的机械应力或热应力、制造时的缺陷、内部飞射物或由于地震。通过模拟CPR1000的主蒸汽发生器管道破裂事故可以更深层次的熟悉理解反应堆的运行特点，为学生掌握和扩展核反应堆安全相关知识提供良好的机会。运行过程中，主要的部分结果如图2所示，给出了堆芯燃料温度和包壳温度随时间的变化曲线。

三、结束语

“核电厂系统与设备”课程具有很强的专业性和工程实用性，同时核电厂系统与设备构成与运行工况复杂，传统的课堂教学具有一定的局限性，难以满足培养综合型和创新型核电技术人才的需要。将仿真技术用于“核电厂系统与设备”课程研究型教学模式，通过对于核电厂系统与设备运行状态的可视化，由学生设定核电厂运行工况，结合理论知识，不仅能让学生对“核电厂系统与设备”有更加深刻的感性认识，更能有力地培养学生分析和解决问题的能力，激发学生学习和研究的积极性，对实践教学的改革也有一定的指导意义。

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