陳秀蓮，劉 軍，覃 雪，周 榮

四川大學核學科始建于1958年,是國內較早開辦核專業(yè)的幾所高校之一。四川大學核工程與核技術實驗室承擔著核學院本科實驗教學任務。根據教育部“高等學校核工程與核技術專業(yè)教學規(guī)范”,應全面提高實驗課程的地位,合理搭建理論課程與實驗課程的聯系架構,注重發(fā)揮學生的主體作用,為學生個性發(fā)展提供更大空間。目前全面介紹核工程與核技術專業(yè)實驗[1-4]建設的文獻不多,本文分析四川大學核工程與核技術實驗室現階段建設情況,提出未來5年實驗室整體發(fā)展規(guī)劃[5-8],不斷加強對實驗教學內容與教學方法以及實驗室管理的研究和改革,以適應飛速發(fā)展、日新月異的核科技,從而培養(yǎng)出 “具有深厚人文底蘊、扎實專業(yè)知識、強烈創(chuàng)新意識、寬廣國際視野的國家棟梁和社會精英”[9]。

1 當前實驗室建設情況

1.1 實驗課程設置介紹

2010～2013年,在學校985專業(yè)實驗建設項目的支持下,核工程與核技術實驗建設主要完成了健全實驗課程門類的建設任務,新建設了反應堆物理模擬實驗與輻射劑量與防護實驗2門課程,改造和豐富了核電子學實驗、輻射探測實驗與核物理與核技術實驗3門課程,并編寫了相應實驗課程指導教材,滿足了核專業(yè)實驗教學的基本需求。此外,調整了部分實驗課上課時間：核電子學實驗、輻射劑量與防護實驗分別與相應理論課程同步進行,輻射探測實驗、核物理與核技術實驗和反應堆物理模擬實驗在相應理論課結束的下一學期開放。

1.2 實驗室安全

實驗室安全是實驗教學和科學研究順利進行的保障[10-11]。實驗室安全包括人員安全和儀器安全。在2014年門禁系統(tǒng)啟用后,實驗室開始全面實施安全準入制度,所有進入實驗室人員都進行了安全培訓并參加筆試,考試合格后,實驗員為其 “一卡通”開放門禁權限允許進入實驗室。安全準入制度的實施,大大增強了實驗人員對安全的重視,實驗室安全系數有了很大提高,為開放式實驗教學模式提供了安全保障。

1.3 實驗教學模式建設

秉著 “學以致用、融會貫通”的培養(yǎng)目標,結合現階段實驗教師不足,儀器臺套數不夠等具體情況,針對核專業(yè)實驗課程提出 “以學生為主的開放互動性實驗教學模式”。實驗課程只有明確的實驗大綱和相關要求,沒有規(guī)定的實驗教材,沒有現成的實驗系統(tǒng)。學生分組、分階段進行,整個過程開放式管理,不設固定實驗時間,以時間換取空間,提高儀器的利用效率。

第一輪,每組學生在教師的指導下負責一個實驗,自主設計實驗方案、自主搭建實驗系統(tǒng)、自主測量數據和分析實驗結果。最終各組學生匯總答辯并展示實驗報告,給出組成績。實驗周期為一個月,學生對所選實驗有深刻認識,為第二輪實驗開展奠定了扎實的基礎。

第二輪以學生互教為主,教員組負責指導選修自己負責實驗的學員組完成實驗,批閱他們的實驗報告并給出學員成績。學員組對指導自己的教員組的實驗指導做出評價,給出教員成績。最終實現“寓學于教”。

第三輪為自主實驗階段,學生可以選擇其他沒做過的實驗,也可以做一些以第一、第二階段實驗為基礎的擴展實驗。每組 (或個人)根據情況,自由選擇。這個階段,學生對常用儀器有了一定認識,直接由指導老師負責指導。

成績評定采取 “個人+集體”的評分方式,按下述公式計算：

組成績A×組員人數R×貢獻因子Wj+教員成績+學員成績+第三輪成績 (10)

其中,貢獻因子Wj是貢獻因子,體現了學生個人在團隊實驗全過程中的貢獻大小。同組學生貢獻因子之和為1,它確定每個學生成績的關鍵和難點。新的實驗教學模式增強了個人參與度評價和學生之間的互相監(jiān)督,有效提高了學生自覺學習的積極性和主動性,可以避免抄襲實驗報告的現象。

針對此次實驗教學模式改革,2013年學校教學督導組進行了全程 (改革方案介紹、開題報告、實驗現場考察、實驗報告展示)跟蹤,用學生座談、訪談的方法對改革方案、實施情況及效果進行了專題調研。學生反映：“這是一次翻天覆地的變化”“以前我們是實驗方案的執(zhí)行者,現在變成了設計者,鍛煉了能力” “能得到全方位鍛煉”“這次終于不用無聊地抄報告”“要求按論文格式提交實驗報告,很正式,為以后科研作鋪墊,很好!”“當教員的感覺與學員不一樣,責任更大” “對實驗的想法要多一點”。這種實驗教學模式有效提高了學生學習的積極性,增強了學生自主學習能力和團隊精神的培養(yǎng)。

2 未來5年實驗室建設規(guī)劃

目前互聯網的流行對傳統(tǒng)教育帶來前所未有的沖擊,網上公開課的廣泛應用將教育的競爭推向全球化[12-14]。為適應高等教育發(fā)展的新形勢、新要求,在已基本健全實驗課程門類、實現開放共享的基礎上,核工程與核技術實驗室提出了未來5年總體建設理念和改革思路：加大實驗教學比重,建設門類齊全,層次豐富,特色鮮明的課程體系,打造安全高效的現代化高水平智慧實驗室。具體規(guī)劃如圖1所示。

圖1 核專業(yè)實驗課程體系建設

2.1 豐富核專業(yè)實驗層次

層次教學[15-16]目前在核專業(yè)實驗課程內容上沒有開展?，F有核專業(yè)實驗內容較深,缺少認知實驗與理論課程銜接,使理論與實驗相結合的人才培養(yǎng)效果打了折扣。為改變這個現狀,擬建設 “科普” “認知” “基礎” “綜合” 和 “創(chuàng)新”5個層次的實驗課程體系,涵蓋核物理、核工程、核技術、核儀器、輻射防護5個門類的實驗項目。

核與輻射科普實驗,包括4個實驗項目。該課程在本科二年級暑期學期 (學習專業(yè)課之前)開出,通過指導學生測量高空、醫(yī)院、涉核工業(yè)產品以及自然人居環(huán)境中的輻射,初步認識輻射的廣泛來源和基本特性。

核與輻射認知實驗,包括4個實驗項目。該課程與原子核物理和輻射探測與測量2門專業(yè)理論課相結合,根據理論課上課進度開展實驗。認知實驗主要通過老師演示和學生親眼觀察、親手操作放射源和各類輻射探測儀器,使學生更加形象深刻地理解基本理論知識。

核與輻射基礎實驗,包括輻射探測實驗、核電子學實驗和輻射劑量與防護實驗3門課程,實驗項目共20個,屬于核專業(yè)學生必修課程。本層次從3個方向來增長學生核知識,培養(yǎng)學生專業(yè)興趣。其中,輻射探測實驗使學生掌握不同探測器的使用方法、不同射線的探測方法、不同輻射參數的基本測量方法、不同實驗系統(tǒng)的基本構建方法,培養(yǎng)學生輻射測量的基本動手能力和實驗技能。核電子學實驗主要是使學生掌握核信號處理的各個基本電路單元的工作原理,使用方法和主要特性參數,培養(yǎng)學生理解、使用、設計、調試、維修核儀器的基礎技能。輻射劑量與防護實驗使學生認識輻射劑量與輻射源強度、距離、種類的物理關系,掌握不同種類輻射劑量的測量方法。

核與輻射綜合實驗,包括核物理研究實驗、核技術分析實驗、核儀器設計實驗、核反應堆物理實驗和核反應堆工程實驗5門課程,實驗項目共46個。每門實驗課程學生可根據興趣選擇其中部分實驗進行。1)核物理研究實驗：學生通過這門課程掌握復雜核物理實驗的設計、操作,復雜實驗數據的處理和結果的分析方法,培養(yǎng)獨立進行核物理實驗研究的思維方式和動手能力。2)核技術分析實驗：學生通過這門課程掌握復雜樣品的測試分析方法和復雜數據結果的分析處理方法,培養(yǎng)獨立進行核技術分析研究的思維方法和動手能力。3)核儀器設計實驗：學生通過這門實驗課程,掌握核儀器的設計、加工、安裝、調試、維修方法,具備獨立設計研制核儀器的能力。4)核反應堆物理實驗：學生通過這門課程,掌握反應堆工程物理參數的計算、設計和評價方法,為從事反應堆設計工作打下基礎。5)核反應堆工程實驗：通過該實驗課程教學,讓學生對核反應堆熱力學系統(tǒng)運行建立初步的直觀認識,了解熱工系統(tǒng)參數測量技術和控制方法,提升學生設計能力和實踐能力。

創(chuàng)新實驗主要以大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃為載體,實驗室有計劃、有組織地動員學生、征集項目、提供指導咨詢、各類實驗測試分析平臺和條件等。

2.2 全面提高管理水平

全面建設實驗室 “安全管理” “儀器管理”“線上教學”3大信息化平臺,提升實驗室安全管理水平、儀器使用效率和教學輻射范圍。

2.2.1 從放射源安全和人員安全兩方面加強實驗室安全管理

1)核專業(yè)實驗室在線安全培訓系統(tǒng)。

目前實驗室安全考試采取的是紙質考試,每年有260多名學生進出核工程與核技術系實驗室,且研究生絕大部分時間都在實驗室內學習。建立在線實驗室安全學習及培訓系統(tǒng),方便師生安全培訓和測試,學生和老師每學期都需要參加培訓和測試。安全培訓測試與門禁授權聯網,保證獲得實驗室進入授權的人員進過了有效的安全培訓,具備了足夠的實驗室安全知識。

2)放射性人員劑量評估系統(tǒng)。

實驗室內接觸放射源的主要是教師與研究生、本科生。對于教師,每個季度會有輻射劑量評估。但對于學生以及來實驗室參觀等人員,目前還沒有在放射性實驗室所受輻射劑量的評估。由于接受的個人劑量的未知,給進入實驗室人員可能造成一定的憂慮心理。該系統(tǒng)充分利用實驗室現有的環(huán)境輻射劑量儀不間斷監(jiān)測數據和門禁出入數據,采用科學的方法對出入實驗室的人員進行個人和群體劑量評估,以掌握實驗室出入人員的劑量數據,防范輻射安全事故的發(fā)生。

3)放射源智能管理。

由于放射源危害的特殊性,在放射性實驗室中,放射源的監(jiān)管是十分重要。目前實驗室放射源的借用和歸還都需要管理人員紙質記錄,工作量極大且容易疏忽,管理人員所受劑量也相對較高。針對這一問題,實驗室擬開發(fā)一套智能的放射源監(jiān)控和監(jiān)管系統(tǒng),既能保證放射源的安全不丟失,又能提高工作效率。相較于傳統(tǒng)的放射源管理,該系統(tǒng)有以下3個特點。①系統(tǒng)安全防護級別高。系統(tǒng)對放射源進行全天候24小時監(jiān)控,監(jiān)測單元對放射源的射線進行記錄,若放射源異常、被盜或是非法移動,射線的數量會迅速下降,進而觸發(fā)報警。②借用放射源更加方便和安全。當工作人員需要借用放射源時,向管理人員提出申請,經過相關審核后,管理人員將反饋給工作人員一張IC卡,刷卡進入源室,裝有相應放射源的監(jiān)測單元會自動打開柜門,工作人員取走或歸還放射源。③記錄無紙化,存儲永久化。管理人員在進行借出和收回放射源的操作時,PC客戶端會自動將借用人員的姓名、取放射源和歸還放射源的時間、放射源的種類等信息存檔,并上傳至服務器進行永久保存。因此,放射源的智能管理提高了工作效率,減少了借用和歸還放射源的繁瑣步驟和程序,大大減少了管理人員的工作量。

4)放射性實驗室安全文化建設。

該項目以趣味性核安全知識競賽和安全宣傳的形式常年定期開展,主要在廣大師生中牢固樹立安全意識,形成注重實驗室安全,防范隱患的文化氛圍,增強實驗室安全運行保障。

2.2.2 加強實驗室儀器管理、實驗教學內容和考

核的信息化建設

1)核儀器管理系統(tǒng)。

核儀器的一個重要特點是插件式、模塊化。為提高儀器的使用周轉效率,建設核儀器有序高效網絡管理系統(tǒng),實現儀器使用的網上預約、歸還、故障登記、維修調度等功能,充分發(fā)揮和挖掘儀器作為教學資產的使用效率。

2)實驗課程考核系統(tǒng)。

為促進學生重視實驗教學環(huán)節(jié),把實驗中的關鍵環(huán)節(jié)分類整理成實驗考核數據庫,通過網絡動態(tài)管理。在實驗課結束前對學生進行隨機抽查測試,評估實驗教學的效果,把控實驗教學的質量。

3)認知實驗教學視頻共享系統(tǒng)。

為提升學生對專業(yè)基礎知識的掌握,在專業(yè)理論基礎課程開設的同時,針對所講述的知識點,與之并行開設相應的演示性實驗,并錄制視頻。學生在學習到這些知識時,可以至少進入實驗室一次,現場觀看實驗演示,并可以通過網絡隨時查看這些視頻,增強學生對理論知識的形象化理解。

3 結束語

隨著時代的發(fā)展,核工程與核技術實驗室將不斷加強實驗教學、管理變革,在當前實驗室建設基礎上,逐步實現5年建設規(guī)劃,以期至2020年底,將實驗室建設成為國內高校一流的核專業(yè)實驗室,以適應高等教育發(fā)展的新形勢,從而實現培養(yǎng)“具有深厚人文底蘊、扎實專業(yè)知識、強烈創(chuàng)新意識、寬廣國際視野的國家棟梁和社會精英”的光榮使命。

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