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摘 要：《核反应堆物理分析》是核工程专业重要的专业基础课程，它在核工程系列专业课程中处于核心地位。由于该课程涵盖内容多，理论性较强，物理概念抽象，对数学功底要求高，且由于“核”特殊性无法开展现场实验，导致学生在学习时倍感枯燥，难以掌握，从而兴趣度大大降低，达不到预期教学效果。文章结合“新工科”背景下地方高校的专业发展现状，重点针对本门课程的教学环节，探索通过仿真实验教学配合课程的理论教学，提高学生对课程学习的积极性和主动性，帮助学生加深对课程知识的理解和构建清晰的理论体系，提升整体教学质量。
关键词：新工科；地方高校；核反应堆物理；仿真实验
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2018）06-0072-03
Abstract： The Nuclear Reactor Physics Analysis which is one of the most important basic courses for students majoring in nuclear engineering plays a significant role in the education of the nuclear engineering specialized courses. However， the course covers many sophisticated and metaphysical nuclear theories and methods. Furthermore， the nuclear experiments related to reactor physics are difficult to be carried out in local universities. As a result， the undergraduate students will feel bored and lose the interests in learning. Considering the current situations of the course in local universities， the reactor physics' simulation experiment coordinated with the theory teaching is adopted in the teaching course. Students' enthusiasm and initiative of learning are improved. In addition， the experiments help students clearly understand the theories.
Keywords： emerging engineering； local universities； nuclear reactor physics； simulation experiment
《核反應堆物理分析》是核工程专业重要的专业基础课程，它在核工程系列专业课程如《核反应堆热工水力学》《核反应堆安全分析》《核电厂控制与运行》《核电厂概率安全评价》等课程中处于核心地位。但是，目前在本门课程教学过程中发现由于此课程内容较多，理论性很强，物理概念抽象，对数学功底要求较高，且由于“核”特殊性无法开展现场实验，导致学生在学习时倍感枯燥，难以掌握，从而兴趣度大大下降，导致达不到预期教学效果。本文主要探索通过仿真实验教学配合《核反应堆物理分析》的理论教学，以提升教学质量。
一、国内外核反应堆物理仿真实验教学发展现状与分析
对于欧美核强国而言，由于其核工程发展历史悠久、专业成熟度高、课程教育重视实践等特点，在进行《核反应堆物理分析》课程教学过程中，普遍配合仿真实验教学，以加深学生对于课程知识点的认识和理解，培养学生独立解决问题的能力，增进创新意识。以美国为例，美国能源部牵头为其国内的核工程高校开发了可用于开展核工程仿真实验的VERA平台，基于VERA平台可以进行核反应堆物理相关的仿真实验。而欧盟中的核强国如法国、德国等国家由于采用的是工程师培养制度，在核工程专业相关课程教学过程中更加注重实验教学。
相对于欧美核强国而言，由于国内本身核工程的专业成熟度以及核工程相关技术的自主化程度仍处于发展阶段，使得在国内高校的核工程专业课程教学中，特别是核反应堆物理相关的实验教学难以实际开展。因此，部分核工程院校逐渐开始尝试通过仿真实验来提升核反应堆物理课程的教学质量。例如，西安交通大学建立了核电厂与火电厂系统虚拟仿真实验教学中心，围绕核反应堆相关专业课程开展了系列仿真实验教学课程。华北电力大学基于堆芯物理数值仿真程序辅助开展核反应堆物理课程设计。西南科技大学利用SIREP仿真模拟器以法国1300MW四环路机组数据为参考，对反应堆一、二回路主要系统及其控制调节进行了模拟仿真，可以整体运行模拟从冷停堆到满负荷功率运行的全过程以及各种瞬态过程的堆芯中子物理学效应。武汉大学、哈尔滨工程大学和南华大学等高校都配套建立了核工程虚拟仿真实验教学中心，以辅助《核反应堆物理分析》以及其他核工程类专业课程开展仿真实验教学。
二、基于核反应堆物理仿真实验提升课程教学质量的改革与实践
通过对仿真实验的教学内容、教学过程和教学实践三个方面的重点建设，建立符合我校实际的仿真实验教学体系。首先，进行核反应堆物理仿真实验教学内容建设，主要根据当前《核反应堆物理分析》课程的授课教材，结合国内外其他高校仿真实验的建设情况，筛选出若干重要的物理概念和理论，并根据目前我校仿真实验平台资源的保有情况，确定合理可行的仿真实验教学内容；其次，开展核反应堆物理仿真实验教学过程设计，根据已经确定的仿真实验教学内容，设计针对性的实验环节、教学方法、教学结果评价等教学要素，形成科学合理的仿真实验教学过程体系，使得仿真实验教学的开展具有切实的可行性和可操作性；最后，实施核反应堆物理仿真实验教学改革实践，基于已构建的仿真实验教学体系，在核工程专业中开展仿真实验教学实践，并对教学实践结果进行定性与定量评价，将评价结果反馈的后续的教学环节中，进而对后续的仿真实验教学环节进行改进，形成优化的教学模式，最终将优化的教学模式推广到核类其他专业的课程教学实践中。 （一）核反应堆物理仿真实验教学内容建设
1. 仿真实验内容选题。主要根据当前《核反应堆物理分析》课程的授课教材，同时结合国内外其他高校仿真实验教学内容的建设情况，筛选出若干重要的物理概念和理论，并根据目前我校仿真实验平台资源的保有情况，进行实验开展的可行性论证之后，最终确定10个实验项目作为仿真实验教学内容。
2. 仿真实验平台搭建。以我校“核能与核技术工程国家级虚拟仿真实验教学中心”的相关实验平台为依托，针对表1确定的10个仿真实验项目，搭建相应的仿真实验平台，如表2所示。
（二）核反应堆物理仿真实验教学过程设计
1. 实验项目分类。基于表1拟定的仿真实验教学内容和表2搭建的仿真实验平台，将10个实验项目分为四类：验证性项目（2个）、设计性项目（2个）、综合性项目（3个）和创新性项目（3个）。
2. 明确实验目的。每个仿真实验项目的实验目的主要围绕《核反应堆物理分析》课程相关章节的教学重点和难点展开，其主要目的在于通过仿真实验帮助学生加深对课程知识点的认识与理解，获得更直观与感性的认知，帮助学生构建更加清晰的物理概念和理论体系。
3. 确定教学方法。根据仿真实验的类别（验证性、设计性、综合性和创新性），以及不同类别实验项目的预期目标不同，分别采用案例法、讲授法、讨论法和自学法进行实验教学。
4. 建立评价指标。根据仿真实验类别、实验目的和教学目标的不同，在学生完成相应的仿真实验项目之后，需要提供相应的实验报告、设计报告和创新总结报告等材料，作为实验教学的重要评价指标。
（三）核反应堆物理仿真实验教学改革实践
1. 仿真实验教学实践。基于已构建的仿真实验教学体系，在核工程专业《核反应堆物理分析》教学任务中，选取两个本科班级开展核反应堆物理仿真实验教学试点工作，开展“理论+实验”的教学改革实践。
2. 教学效果评价。在《核反应堆物理分析》教学过程中，对仿真实验教学的教学过程数据进行记录，同时借助期末考试、平时作业以及开放习题等过程的成绩数据，对仿真教学实践的结果进行定性与定量评价，检验实验教学对理论教学的质量提升情况。
3. 评价结果反馈。将仿真实验教学的评价结果反馈的后续的教学环节中，进而对后续的仿真实验教学环节进行改进，形成更优化的教学模式，最终将优化的教学模式推广到核类其他专业课程的教学实践中。
三、“新工科”背景下开展仿真实验教学实践的作用与意义
核反应堆实验通常具有高危、高成本、高消耗或极端环境，具有不可及或不可逆的操作特点，难以在高校开展，而依靠常规的实验设备又无法满足教学需求，对学生掌握相关的知识和技能带来很大的不便。因此，考虑到核反应堆实验在实施上的困难性和特殊性，探索通过模拟仿真的手段来开展实验教学。
（一）基于仿真实验教学可提高学生对核反应堆物理课程的学习积极性和主动性
《核反应堆物理分析》是一门以高等数学、概率论、原子核物理等为基础的理论性课程，是核工程专业的重要专业基础课程。由于本门课程理论性较强，涉及中子物理的相关概念较为抽象，且由于“核”特殊性无法开展现场实验，导致很多学生在学习时倍感枯燥，难以掌握，达不到预期教学目标。然而，心理学原理告诉我们，教学最好的方法和目的是在于调动学生的学习积极性，高度发挥学生的主观能动性。学生对课程中的理论学习缺乏兴趣，而实验教学过程则能充分调动学生的积极性、参与意识和表现意识。因此，通过仿真实验既能使学生更形象生动地掌握原来枯燥无味的核反应堆物理课本知识，锻炼学生的动手能力和创造能力，从而最大限度地激发学生的学习兴趣，提高学生的积极性和主动性。
（二）基于仿真实验教学能帮助学生构建清晰的核反应堆物理概念和课程理论体系
通过仿真实验教学，虽然可以有效地激发学生们浓厚的学习兴趣和调动每一個学生的积极参与，但是《核反应堆物理分析》是一门专业性极强的理论课程，其涉及中子截面、核反应、中子扩散理论等众多晦涩难懂的微观物理概念，使学生在课程学习中难以建立起直观的理论认识和清晰的物理概念。因此，基于仿真实验教学可帮助学生在实际的仿真实验操作中去解决课程理论中似懂非懂、似是而非的问题，使学生在具体的仿真实验过程中掌握专业知识。同时，教师在演示仿真实验过程中还可启发学生观察实验现象、过程，并进行思维分析。学生在仿真实验操作过程中能形象、生动、直观地理解和掌握课本知识，并学会以科学认真的态度将理论知识与实践应用相结合去考虑问题、分析问题和解决问题。因此，基于核反应堆物理仿真实验教学，能够帮助学生构建清晰的核反应堆物理概念和课程理论体系。
（三）基于仿真实验教学可检验学生对课程理论的学习效果并促进教学活动的改进
《核反应堆物理分析》是一门“难教、难学、难懂”的专业性极强的理论课程。学生对于本门课程反应堆物理理论的掌握程度将直接影响后续《核反应堆热工水力学》《核反应堆安全分析》《核电厂控制与运行》《核电厂概率安全评价》等专业课的学习效果。因此，在核反应堆物理课程实际教学过程中，有必要采取多样化手段对学生的学习效果进行测试与检验。而实验是检验理论学习的最好方法。因此，针对课程中的一些重要物理理论、概念和现象，建立针对性的仿真实验，通过学生进行自主地设计实验、开展实验、数据处理、现象分析等环节可以有效检验学生对于课程理论的掌握程度和学习效果。同时，通过学生学习效果的检验反馈，可以反过来对课程的理论教学过程进行定期地优化与更新，促进教学活动的改进，进而使得整个课程的理论教学和实验教学相得益彰，构建良性循环的课程教学体系。
四、结束语
针对我校核工程专业《核反应堆物理分析》课程的教学现状，分析了目前纯理论教学模式存在的弊端，探讨了基于仿真实验教学的改革与实践，开展了核反应堆物理仿真实验教学环节设计，初步分析了其对于提升课程整体教学质量带来的潜在优势与好处，为后续进一步深入开展实践教学提供一定的理论指导。
参考文献：
[1]马续波.核反应堆物理分析课程教学改革研讨[J].大学教育，2015.
[2]叶滨，袁长迎，费小丹，等.《核反应堆物理分析》课程以实验促进教学研究初探[J].课程教育研究，2012.
[3]曾文杰，谢金森，程品晶，等.高校核专业虚拟仿真实验教学建设探索——问题与对策[J].教育教学论坛，2017.
[4]刘雪岭，王悦.流体力学课程虚拟仿真教学资源库平台开发[J].高教学刊，2017（04）：76-77.
[5]王文轲，张伟，张燕，等.工业工程仿真实验实践教学平台设计与构建研究[J].高教学刊，2017（15）：74-75+78.
[6]张红霞，杨渊，王向前.高校经管类学科虚拟仿真实验教学中心的建设[J].高教学刊，2015（18）：238-239.
[7]马续波.核反应堆物理分析课程教学改革研讨[J].大学教育，201
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关键词：新工科；地方高校；核反应堆物理；仿真实验
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2018）06-0072-03
Abstract： The Nuclear Reactor Physics Analysis which is one of the most important basic courses for students majoring in nuclear engineering plays a significant role in the education of the nuclear engineering specialized courses. However， the course covers many sophisticated and metaphysical nuclear theories and methods. Furthermore， the nuclear experiments related to reactor physics are difficult to be carried out in local universities. As a result， the undergraduate students will feel bored and lose the interests in learning. Considering the current situations of the course in local universities， the reactor physics' simulation experiment coordinated with the theory teaching is adopted in the teaching course. Students' enthusiasm and initiative of learning are improved. In addition， the experiments help students clearly understand the theories.
Keywords： emerging engineering； local universities； nuclear reactor physics； simulation experiment
《核反應堆物理分析》是核工程专业重要的专业基础课程，它在核工程系列专业课程如《核反应堆热工水力学》《核反应堆安全分析》《核电厂控制与运行》《核电厂概率安全评价》等课程中处于核心地位。但是，目前在本门课程教学过程中发现由于此课程内容较多，理论性很强，物理概念抽象，对数学功底要求较高，且由于“核”特殊性无法开展现场实验，导致学生在学习时倍感枯燥，难以掌握，从而兴趣度大大下降，导致达不到预期教学效果。本文主要探索通过仿真实验教学配合《核反应堆物理分析》的理论教学，以提升教学质量。
一、国内外核反应堆物理仿真实验教学发展现状与分析
对于欧美核强国而言，由于其核工程发展历史悠久、专业成熟度高、课程教育重视实践等特点，在进行《核反应堆物理分析》课程教学过程中，普遍配合仿真实验教学，以加深学生对于课程知识点的认识和理解，培养学生独立解决问题的能力，增进创新意识。以美国为例，美国能源部牵头为其国内的核工程高校开发了可用于开展核工程仿真实验的VERA平台，基于VERA平台可以进行核反应堆物理相关的仿真实验。而欧盟中的核强国如法国、德国等国家由于采用的是工程师培养制度，在核工程专业相关课程教学过程中更加注重实验教学。
相对于欧美核强国而言，由于国内本身核工程的专业成熟度以及核工程相关技术的自主化程度仍处于发展阶段，使得在国内高校的核工程专业课程教学中，特别是核反应堆物理相关的实验教学难以实际开展。因此，部分核工程院校逐渐开始尝试通过仿真实验来提升核反应堆物理课程的教学质量。例如，西安交通大学建立了核电厂与火电厂系统虚拟仿真实验教学中心，围绕核反应堆相关专业课程开展了系列仿真实验教学课程。华北电力大学基于堆芯物理数值仿真程序辅助开展核反应堆物理课程设计。西南科技大学利用SIREP仿真模拟器以法国1300MW四环路机组数据为参考，对反应堆一、二回路主要系统及其控制调节进行了模拟仿真，可以整体运行模拟从冷停堆到满负荷功率运行的全过程以及各种瞬态过程的堆芯中子物理学效应。武汉大学、哈尔滨工程大学和南华大学等高校都配套建立了核工程虚拟仿真实验教学中心，以辅助《核反应堆物理分析》以及其他核工程类专业课程开展仿真实验教学。
二、基于核反应堆物理仿真实验提升课程教学质量的改革与实践
通过对仿真实验的教学内容、教学过程和教学实践三个方面的重点建设，建立符合我校实际的仿真实验教学体系。首先，进行核反应堆物理仿真实验教学内容建设，主要根据当前《核反应堆物理分析》课程的授课教材，结合国内外其他高校仿真实验的建设情况，筛选出若干重要的物理概念和理论，并根据目前我校仿真实验平台资源的保有情况，确定合理可行的仿真实验教学内容；其次，开展核反应堆物理仿真实验教学过程设计，根据已经确定的仿真实验教学内容，设计针对性的实验环节、教学方法、教学结果评价等教学要素，形成科学合理的仿真实验教学过程体系，使得仿真实验教学的开展具有切实的可行性和可操作性；最后，实施核反应堆物理仿真实验教学改革实践，基于已构建的仿真实验教学体系，在核工程专业中开展仿真实验教学实践，并对教学实践结果进行定性与定量评价，将评价结果反馈的后续的教学环节中，进而对后续的仿真实验教学环节进行改进，形成优化的教学模式，最终将优化的教学模式推广到核类其他专业的课程教学实践中。 （一）核反应堆物理仿真实验教学内容建设
1. 仿真实验内容选题。主要根据当前《核反应堆物理分析》课程的授课教材，同时结合国内外其他高校仿真实验教学内容的建设情况，筛选出若干重要的物理概念和理论，并根据目前我校仿真实验平台资源的保有情况，进行实验开展的可行性论证之后，最终确定10个实验项目作为仿真实验教学内容。
2. 仿真实验平台搭建。以我校“核能与核技术工程国家级虚拟仿真实验教学中心”的相关实验平台为依托，针对表1确定的10个仿真实验项目，搭建相应的仿真实验平台，如表2所示。
（二）核反应堆物理仿真实验教学过程设计
1. 实验项目分类。基于表1拟定的仿真实验教学内容和表2搭建的仿真实验平台，将10个实验项目分为四类：验证性项目（2个）、设计性项目（2个）、综合性项目（3个）和创新性项目（3个）。
2. 明确实验目的。每个仿真实验项目的实验目的主要围绕《核反应堆物理分析》课程相关章节的教学重点和难点展开，其主要目的在于通过仿真实验帮助学生加深对课程知识点的认识与理解，获得更直观与感性的认知，帮助学生构建更加清晰的物理概念和理论体系。
3. 确定教学方法。根据仿真实验的类别（验证性、设计性、综合性和创新性），以及不同类别实验项目的预期目标不同，分别采用案例法、讲授法、讨论法和自学法进行实验教学。
4. 建立评价指标。根据仿真实验类别、实验目的和教学目标的不同，在学生完成相应的仿真实验项目之后，需要提供相应的实验报告、设计报告和创新总结报告等材料，作为实验教学的重要评价指标。
（三）核反应堆物理仿真实验教学改革实践
1. 仿真实验教学实践。基于已构建的仿真实验教学体系，在核工程专业《核反应堆物理分析》教学任务中，选取两个本科班级开展核反应堆物理仿真实验教学试点工作，开展“理论+实验”的教学改革实践。
2. 教学效果评价。在《核反应堆物理分析》教学过程中，对仿真实验教学的教学过程数据进行记录，同时借助期末考试、平时作业以及开放习题等过程的成绩数据，对仿真教学实践的结果进行定性与定量评价，检验实验教学对理论教学的质量提升情况。
3. 评价结果反馈。将仿真实验教学的评价结果反馈的后续的教学环节中，进而对后续的仿真实验教学环节进行改进，形成更优化的教学模式，最终将优化的教学模式推广到核类其他专业课程的教学实践中。
三、“新工科”背景下开展仿真实验教学实践的作用与意义
核反应堆实验通常具有高危、高成本、高消耗或极端环境，具有不可及或不可逆的操作特点，难以在高校开展，而依靠常规的实验设备又无法满足教学需求，对学生掌握相关的知识和技能带来很大的不便。因此，考虑到核反应堆实验在实施上的困难性和特殊性，探索通过模拟仿真的手段来开展实验教学。
（一）基于仿真实验教学可提高学生对核反应堆物理课程的学习积极性和主动性
《核反应堆物理分析》是一门以高等数学、概率论、原子核物理等为基础的理论性课程，是核工程专业的重要专业基础课程。由于本门课程理论性较强，涉及中子物理的相关概念较为抽象，且由于“核”特殊性无法开展现场实验，导致很多学生在学习时倍感枯燥，难以掌握，达不到预期教学目标。然而，心理学原理告诉我们，教学最好的方法和目的是在于调动学生的学习积极性，高度发挥学生的主观能动性。学生对课程中的理论学习缺乏兴趣，而实验教学过程则能充分调动学生的积极性、参与意识和表现意识。因此，通过仿真实验既能使学生更形象生动地掌握原来枯燥无味的核反应堆物理课本知识，锻炼学生的动手能力和创造能力，从而最大限度地激发学生的学习兴趣，提高学生的积极性和主动性。
（二）基于仿真实验教学能帮助学生构建清晰的核反应堆物理概念和课程理论体系
通过仿真实验教学，虽然可以有效地激发学生们浓厚的学习兴趣和调动每一個学生的积极参与，但是《核反应堆物理分析》是一门专业性极强的理论课程，其涉及中子截面、核反应、中子扩散理论等众多晦涩难懂的微观物理概念，使学生在课程学习中难以建立起直观的理论认识和清晰的物理概念。因此，基于仿真实验教学可帮助学生在实际的仿真实验操作中去解决课程理论中似懂非懂、似是而非的问题，使学生在具体的仿真实验过程中掌握专业知识。同时，教师在演示仿真实验过程中还可启发学生观察实验现象、过程，并进行思维分析。学生在仿真实验操作过程中能形象、生动、直观地理解和掌握课本知识，并学会以科学认真的态度将理论知识与实践应用相结合去考虑问题、分析问题和解决问题。因此，基于核反应堆物理仿真实验教学，能够帮助学生构建清晰的核反应堆物理概念和课程理论体系。
（三）基于仿真实验教学可检验学生对课程理论的学习效果并促进教学活动的改进
《核反应堆物理分析》是一门“难教、难学、难懂”的专业性极强的理论课程。学生对于本门课程反应堆物理理论的掌握程度将直接影响后续《核反应堆热工水力学》《核反应堆安全分析》《核电厂控制与运行》《核电厂概率安全评价》等专业课的学习效果。因此，在核反应堆物理课程实际教学过程中，有必要采取多样化手段对学生的学习效果进行测试与检验。而实验是检验理论学习的最好方法。因此，针对课程中的一些重要物理理论、概念和现象，建立针对性的仿真实验，通过学生进行自主地设计实验、开展实验、数据处理、现象分析等环节可以有效检验学生对于课程理论的掌握程度和学习效果。同时，通过学生学习效果的检验反馈，可以反过来对课程的理论教学过程进行定期地优化与更新，促进教学活动的改进，进而使得整个课程的理论教学和实验教学相得益彰，构建良性循环的课程教学体系。
四、结束语
针对我校核工程专业《核反应堆物理分析》课程的教学现状，分析了目前纯理论教学模式存在的弊端，探讨了基于仿真实验教学的改革与实践，开展了核反应堆物理仿真实验教学环节设计，初步分析了其对于提升课程整体教学质量带来的潜在优势与好处，为后续进一步深入开展实践教学提供一定的理论指导。
参考文献：
[1]马续波.核反应堆物理分析课程教学改革研讨[J].大学教育，2015.
[2]叶滨，袁长迎，费小丹，等.《核反应堆物理分析》课程以实验促进教学研究初探[J].课程教育研究，2012.
[3]曾文杰，谢金森，程品晶，等.高校核专业虚拟仿真实验教学建设探索——问题与对策[J].教育教学论坛，2017.
[4]刘雪岭，王悦.流体力学课程虚拟仿真教学资源库平台开发[J].高教学刊，2017（04）：76-77.
[5]王文轲，张伟，张燕，等.工业工程仿真实验实践教学平台设计与构建研究[J].高教学刊，2017（15）：74-75+78.
[6]张红霞，杨渊，王向前.高校经管类学科虚拟仿真实验教学中心的建设[J].高教学刊，2015（18）：238-239.
[7]马续波.核反应堆物理分析课程教学改革研讨[J].大学教育，201
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