成果导向下的核电厂结构设计与有限元方法课程教学研究

李向宾　黄美　赵强

摘  要：当前，成果导向作为我国正在大力推进的工程教育认证的三大核心理念之一，正在被日益应用于课堂教学改革。具体到核工程与核技术专业，如何利用基于成果导向的案例教学来促进实践教学，提高工程教育质量，尚未见大量报道。该文基于一教学案例，依成果导向教育理念设计课堂教学过程，转变教学主体，以达到更为有效的教学产出。

关键词：成果导向  结构设计  教学理念

中图分类号：G642    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）11（b）-0143-02

目前，华北电力大学核科学与工程学院正在积极推进核工程与核技术专业的工程教育认证。此次认证对于提高核学科的竞争力，建立长效的教学管理机制，加强工程实践教育，提高工程教育质量，推进该校“双一流”建设具有积极意义。作为工程教育认证的三大核心理念之一，成果导向教育也受到了广泛的重视[1-2]。所谓成果导向，是指教学设计的目标是学生通过教育过程最后能取得学习成果，强调学生“学到了什么”，而不是教师“讲授了什么”。学生从学习之初就有明确目标和预期表现，教师应协助学生获得成果。可以说，成果导向的教育模式与之前传统教育方式相比，更聚焦于成果，而不是过程。研究生优质课程建设作为学校“双一流”建设的一部分，也正在深入探索相关的教学改革，以进一步提高研究生培养质量。

《核电厂结构设计与有限元分析方法》作为华北电力大学核工程专业研究生课程中的专业学位课，在该专业研究生课程体系中占有非常重要的地位。通过此课程的学习，学生可以掌握核反应堆的结构设计及抗震设计的相关固体力学基础知识及计算、设计方法，为以后的相关工作和科学研究奠定一定的基础。该文以此课程的基础部分——反应堆结构教学为依托，探讨成果导向在研究生和本科生课堂教学中的应用。

1  教學实施过程

以成果导向来指导课堂教学，实际上是一个反向设计的过程。例如，课程中的蒸汽发生器支撑板结构设计[3]，属于典型的复杂工程问题，涉及到多学科知识、多方面因素，需要借助多种手段进行分析，具有较高的综合性，其基本的教学实施过程如下。

1.1 确定学习成果

首先，教师可以介绍基本背景知识，借以引出学生通过学习要得到的成果，这是与以往传统的按部就班授课最大的不同。此案例中，蒸汽发生器支撑板的功能就是为传热管提供横向支撑，以减少振动，同时又不能使传热管过度磨损而发生破坏。此处的设计重点在于管孔部分。历史上管孔的结构有4种形式：圆形孔、四叶梅花孔、三叶梅花孔以及栅格形。这里所说的管孔形式就是此案例教学要得到的成果。通过此课程的学习，学生应该获得相关管孔形式的设计原理。此后的教学过程将围绕上述问题一一展开，直至问题得到圆满解答。

1.2 设计具体教学过程

在明晰的教学目标（成果）指引下，需要进行合理的教学环节的设计，整合相关知识点，使研究生在学习的过程中能够“知其然，更知其所以然”，从而培养研究生的自我分析能力以及多学科交叉思维能力，达到提高其解决复杂工程问题能力的目的，做到学以致用。此案例教学内容的基本思路如下。

（1）支撑板工作环境描述。首先，结构设计是为了满足其对应的功能要求，所以有必要了解二回路的工作环境。核电站最关心的问题就是核安全，由此可以引出传热管的破损事故对蒸汽发生器寿命的影响。而为了更有针对性地进行有效设计，需了解传热管破损的主要原因。

（2）传热管破损的主要原因。此部分内容会涉及到流体力学、机械、材料及水化学的相关理论，所以需要学生具备一定的先修知识。教师可从对应方面加以引导，启发学生进行讨论，并适当地进行补充完善，同时注意各部分的关联性。

（3）支撑板结构设计。在解决二回路水质问题后，为进一步减少传热管破损几率，还需要选择抗磨蚀的材料作为支撑板，同时在支撑板结构设计上不断改进，后者也是此案例的重点。此部分会用到流体力学、传热学等方面的知识，可以引导学生深入分析不同支撑板开孔形式的优缺点。

1.3 改进教学方法

工程教育认证的一大教育理念就是以学生为中心，应积极从教师教到学生学转变;尤其是研究生教学，更应重视研究生的研究能力的锻炼和培养。因此，应从两方面进行适应性改进。

1.3.1 改进教师“教”的过程

课堂上要充分调动学生的积极性，使学生主动参与甚至主导课堂教学进程，而不是成为教师的“一言堂”。教师的作用重在组织、引导并适当总结、解惑，而不是简单知识的“中转”，因此也对教师提出了更高的要求。一般来说，可以采用新型教学方法：启发式教学、讨论式教学、案例教学等。最能调动学生积极性的属讨论式教学（或讨论课堂），相对于传统的“沉默课堂”“应答课堂”而言，可以在分组形式下，使每名学生都充分参与讨论并主动思考，更能加深学生的理解程度。而在当前新形势下，基于新的信息化手段开展的智慧课堂教学也正在如火如荼地展开，例如，该校已经引进的超星学习通、雨课堂教学等，可以在课堂教学中随时发起提问、进行课堂小测验，并实时给出统计结果，在活跃课堂气氛方面助力不小，教师们也可以尝试使用。同时，由于该案例涉及了机械设计、水化学、材料学、流体力学等多学科的基础知识理论，应注意各知识点之间的跨越和衔接关系，引导学生进行开放性思维，使学生不局限于一门课，而是从工程的角度去分析和解决相关问题，达到学以致用的目的。

1.3.2 优化学生“学”的过程

传统教学形式下，学生多注重于课堂听讲、记笔记，并通过课后复习来达到学习效果，但是对课前预习则没有过多重视，导致学生在听讲时大部分面对的是新知识;这就要求教师首先要依据教材内容详细讲解，而学生只能被动地跟随，缺乏自我思考的时间和能力，更有悖于研究生教育的目的。另一方面，在当前信息时代，学生们获得知识的途径更多样化。因此，新型教学方式要求学生们借助于网络等手段，进一步加强课前预习，使学生在已掌握基础知识的基础上，带着问题进入课堂讨论环节;并在讨论时注意引导，做到使每名学生都发言，“强迫”学生思考，并通过讨论解决问题、加深对知识的理解和掌握、培养更开阔的思路和更全面的解决问题的能力。

1.4 收集教学反馈

教学反馈包括教学过程中的实时反馈和课后反馈等多个方面。相对传统教育按部就班的顺序讲授，成果导向教育更注重于知识的整合，难免有部分学生存在不适应现象。因此，及时的互动沟通和反馈有助于教师课堂教学的持续改进，以进一步促进教学主体的转变。

2  结语

当前，我国核电仍处于大力发展阶段，对高素质人才的需求依然迫切。教师应依托学校“双一流”建设规划，积极探索核工程类研究生课程教学改革方式，推进成果导向教育，结合新型教学方法，使学生能够在明确的教学目标指引下，获得对应的成果，并能够在学习的过程中发散思维，提高自身解决复杂工程问题的能力，并能够更好地实现自身价值。

参考文献

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

[2] 章静敏.成果导向（OBE）下高等学校专业课考核评价体系研究[J].考试研究，2018（5）：74-78.

[3] 广东核电培训中心.900MW压水堆核电站系统与设备[M].北京：原子能出版社，2004.